Volume  9  No.2 Juli 2017 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 DESAIN PICKUP PIEZOELEKTRIK ELEMEN DARI MODEL HYBRID SOLAR CELL-PIEZOELECTRIC UNTUK DAYA RENDAH
Ery Diniardi 1 , Syawaluddin 1 , Anwar Ilmar Ramadhan 1,* , Waldi Isnaini 1 , Erwin Dermawan 2 , Deni Almanda 2
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia
2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Indonesia *Email: anwar.ilmar@umj.ac.id
Diterima: 13 Maret 2017 Direvisi: 26 April 2017 Disetujui: 10 Mei 2017

## 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.  Bukan  hanya  energy  fosil  yang  digunakan,  tetapi  energy  yang  ada  disekitar  kita.  Salah satunya energy air hujan dengan menggunakan Piezolektrik. Bahan piezoelektrik yang mampu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik menjadi sumber utama pembahasan dalam penelitian ini. Banyaknya energi yang dihasilkan dari benturan air hujan dapat dihitung menggunakan model mekanik-elektrik. Besarnya energi yang bisa dihasilkan bergantung secara langsung kepada  ukuran membran piezoelektrik, ukuran titik air hujan dan frekuensinya.  Dan  juga  sel  surya  yang  digunakan  sebagai  penghasil  listrik.  Apabila  kedua  energy  ini digabungkan  seperti  apakah  hasilnya.  Dalam  penelitian  ini  akan  dikaji  mengenai  analisis  desain  pickup Piezoelektrik dari model hybrid pembangkit listrik ini.
Kata kunci: sel surya, piezoelektrik, energi, hybrid, model

## ABSTRACT
Indonesia  is  a  country  that  has  the  new  and  renewable  energy  sources  are  not  yet  developed  and  massive excavated and used, especially energy solar cells and energy rainwater. The advantages of the tropical climate, the  rain  and  heat,  should  be  developed  on  a  massive  scale  and  the  diversification  of  energy.  Not  only  fossil energy  is  used,  but  the  energy  that  is  around  us.  One  of  this  rain  water  energy  by  using  Piezoelectric.  The piezoelectric material capable of converting mechanical energy into electrical energy becomes a major source of discussion in this study. The amount of energy generated from impact of rain water can be calculated using mechanical-electric  models.  The  amount  of  energy  that  can  be  produced  depends  directly  on  the  size  of  the piezoelectric membrane, the size of raindrops and frequency. As well as solar cells used as electricity. When the two are combined energy such as whether the result. In this research will be assessed on the analysis of design of Piezoelectric from model  of hybrid solar cell - Piezoelectric.
Keywords : solar cells, piezoelectric, energy, hybrid, model

## 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).
Oleh  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)
Ery Diniardi, Syawaluddin, Anwar Ilmar Ramadhan, Waldi Isnaini,Erwin Dermawan, Deni Almanda : Analisis Desain Pickup Piezoelektrik Elemen Dari Model Hybrid Solar Cell-Piezoelectric Untuk Daya Rendah Jurnal Teknologi 9 (2) pp 83- 88 © 2017
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 desain Piezoelektrik  pada  elemen  dari  model Solar Cell-Piezoelectric ,  agar  dapat  diketahui  pola sebaran dan susunan piezoelectric .

## METODE PENELITIAN
Metodologi  atau  pendekatan  yang  akan dilakukan  adalah  pemodelan  awal  dari  desain yang akan digunakan 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  berdasarkan  wilayah  di  Indonesia. 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 desain  pick  up  Piezoelektrik  elemen untuk  model  Hybrid  Solar  Cell-
Pizeoelectric.
Langkah  penelitian  dapat  dilihat  pada  Gambar 1.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Gaya pada Piezoelectric Elemen
Untuk analisa desain piezoelectric beberapa hal yang  akan  diperhatikan  adalah  perhitungan gaya,  jarak  antar  piezo,  dan  tegangan  yang didapatkan.
Berdasarkan  hasil  penelitian  sebelumnya  yang dilakukan  oleh  Almanda,  dkk,  2016.  Desain yang  diujicobakan  seperti  pada  Gambar  2  dan Gambar 3.
Gambar  2. Rangkaian  Seri  Piezoelektrik Setelah  Dilapisi  Plastik  Mika  Transparan (Almanda, dkk, 2016)
Gambar  3. Rangkaian  Seri  Piezoelektrik Setelah  Dilapisi  Plat  Alumunium  (Almanda, dkk, 2016)
Berdasarkan desain Gambar 2 dan 3. Terdapat beberapa  hal  yang  akan  dilakukan  analisis terhadap posisi Piezoelektrik, yaitu:
Jika dijabarkan sesuai gambar pada gaya  yang terjadi  pada  sumbu  X.  Tergambarkan  seperti Gambar 4.
Gambar 4 . Pola sebaran gaya pada
Piezoelektrik
Sesuai  yang  digambarkan  diatas,  terlihat  7 piezo  yang  digunakan  sebagai  tumpuan  untuk menahan  gaya  yang  disebabkan  oleh  hujan sebagai sumber gaya.
Sesuai  dengan  perhitungan  gaya  aksi  reaksi dapat digambarkan seperti Gambar 5.
Gambar  5 .  Simulasi  gaya  aksi  reaksi  pada tumpuan
Berdasarkan  hukum  aksi  reaksi  gaya  yang diterima  pada  bidang  y  akan  bereaksi  pada  2 tumpuan  terdekat  dari  gaya  yang  diterima (nilai  p=10  ton  dan  L=  5  m,  diasumsikan). Artinya  jika  ada  tumpuan  tambahan  pada bagian kanan dan kiri. Tumpuan tersebut tidak menerima  momen  dari  gaya  kerja.  Jika disimulasikan  maka  gambar  yang  terjadi seperti pada Gambar 6.
Gambar  6 .    Perhitungan  simulasi  gaya  aksi reaksi
Perhitungan  gaya  dari  Gambar  diatas  dengan menggunakan persamaan:
(1)
Diperoleh hasil sebagai berikut:
Dan, (2)
Diperoleh hasil sebagai berikut:
Untuk kontrol digunakan persamaan:
(3)
Diperoleh hasil:
Ery Diniardi, Syawaluddin, Anwar Ilmar Ramadhan, Waldi Isnaini,Erwin Dermawan, Deni Almanda : Analisis Desain Pickup Piezoelektrik Elemen Dari Model Hybrid Solar Cell-Piezoelectric Untuk Daya Rendah Jurnal Teknologi 9 (2) pp 83- 88 © 2017
ΣMC  =  0,  Karena  gaya  momen  dari  gaya hanya diterima oleh Tumpuan a dan b.
Oleh  karena  itu  dalam  penelitian  ini  akan membentuk desain piezoelektrik dengan rincian  gaya  pada  sumbu  x  dan  y  sebagai berikut seperti pada Gambar 7.
Gambar  7 .  Pola  sebaran  aksi  dan  reaksi  pada Piezoelektrik
Dimana  posisi  X  dan  Y,  seperti  pada  Gambar 8.
Gambar  8 .  Desain  sistem  pickup  piezo electrik
Dimana  dapat  diartikan base  punching akan diberikan  permasing-masing  4  piezo  untuk menerima gaya resultan yang lebih baik. Selain dari  pembagian  gaya  momen  yang  kurang efektif. Pada penelitian sebelumnya pembuatan piezo  dibuat  melalui  cetakan-cetakan  yang membuat dimensi piezo memiliki dimensi yang tidak presisi. Sehingga menyebabkan perbedaan  tinggi  piezo.  Seperti  Gambar  9 berikut ini.
Gambar 9 . Simulasi perbedaan tinggi
Pada  Gambar  9.  Titik    X  memperlihatkan bahwa  perbedaan  tinggi  akan  menyebabkan salah  satu  pilar  piezo  tidak  akan  menerima gaya  resultan  karena  gaya  diterima  oleh komponen piezo yang berada pada bagian yang lain,  sehingga  resultan  gaya  tidak  merata. Untuk  mengatasi  hal  tersebut  pada  desain selanjutnya  dilakukan  dengan  memberikan penyalur  gaya  dengan  jarak  tinggi  yang  bisa diatur.  Sehingga  perbedaan  tinggi  pada  piezo bisa diatasi, seperti Gambar 10 dibawah ini.
Gambar  10 .  Desain  adjuster  untuk punching piezo
Dengan adanya adjuster perbedaan tinggi pada piezo  akan  dapat  teratasi  dan  pembagian resultan  gaya  momen  akan  tetap  stabil. Sehingga  dapat  disimpulkan  desain  untuk piezoelectric  akan  membentuk  4  titik  piezo sebagai  tumpuan  untuk  mengatasi  perbedaan gaya  resultan  yang  terjadi.  Dan juga  diberikan adjuster  untuk  mengatasi  perbedaan  tinggi pada piezo.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  analisis  desain  pickup  piezoelectrik dapat disimpulkan yaitu: 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  sebara  gaya  diperlukan tambahan  adjuster  sebagai  pembuat  kondisi stabil pada susunan piezoelektrik.

## 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 Produk Terapan pada Tahun 2017.

## 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 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
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