Jurnal Material dan Energi Indonesia

Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya
Sabtu, 21 November 2015
Bale SawalaKampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
UJI KINERJA BATERAI DEEP CYCLE PADA SISTEM
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA PHOTOVOLTAIK
YUSUF SURYO UTOMO*
Pusat Penelitian Fisika,
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Alam
Jl. Sangkuriang, Kompleks LIPI, Bandung 40135
Abstrak. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Photovoltaik (PLTS) yang
merupakan salah satu komponen dari Sistem Pembangkit Listrik Hybrid, terdiri dari
enam buah modul PV yang dapat menghasilkan listrik 670Wp. Untuk mengevaluasi
Sistem Pembangkit tersebut, perlu dilakukan Uji Kinerja komponen utamanya yaitu
baterai deep cycle dan inverter. Hal ini penting untuk menganalisis kemampuan baterai
menyimpan energi listrik dan selanjutnya menentukan kapasitas dan karakteristik
baterai terkait. Karakteristik baterai sangat mempengaruhi sistem secara keseluruhan
termasuk ukuran dan spesifikasi komponen utama lainnya. Analisis tersebut dilakukan
berdasarkan data eksperimen yang kemudian dibandingkan dengan data teknis dari
pabrik baterai. Informasi yang akurat tentang karakteristik baterai sangat penting dalam
desain Sistem PLTS Photovoltaik. Makalah ini membahas Uji Kinerja Baterai Deep
Cycle dan Inverter pada Sistem PLTS Photovoltaik. Baterai Deep Cycle dan Inverter
diuji melalui serangkaian Uji Pengisian-Pengosongan baterai. Hasil uji menunjukkan
bahwa baterai yang diuji memiliki kapasitas dan karakteristik yang sama dengan data
teknis dari pabrik baterai. Sedangkan hasil uji inverter, menunjukkan bahwa efisiensi
inverter masih lebih rendah dibanding spesifikasi teknis pabrik. Pengetahuan tentang
karakter dan spesifikasi teknis komponen utama PLTS penting untuk dipahami dalam
rangka memecahkan permasalahan rekayasa di lapangan, dimana membutuhkan
desainer sistem pembangkit untuk menganalisis suatu aplikasi tertentu.
Kata kunci : uji kinerja baterai, sistem pembangkit listrik tenaga surya photovoltaik,
sistem pembangkit listrik hybrid, energi terbarukan, inverter
Abstract. Photovoltaic Solar Power System, which is one component of the Hybrid
Power System, consists of six pieces of PV modules be able to generate electricity at
670Wp. To evaluate that Power System, it is necessary to Test Performance Module a
Characterization of deep cycle batteries and inverter. It is important to assess and
analyze the ability of the battery to store electrical energy chemically, to determine the
capacity and characteristics related battery in Photovoltaic Solar Power Systems. The
Analysis based on experimental data, and then compared to the technical data of the
battery manufacturer. Battery characteristics actually affect the overall system including
the sizes and other specifications of the main components. Accurate information about
the characteristics of the battery is very important in the design of the power generation
system. This paper discusses characterization of Deep Cycle Battery and Inverter on
Photovoltaic Solar Power. BSB Deep Cycle Batteries and Inverter has been
characterized by a series of Charging-Discharging and Performance Test. The results of
Charging-Discharging Performance testing show that the tested battery has the same
characteristics with the technical data of the battery manufacturer. As for the inverter,
test results showed that the efficiency of inverter is still lower than the manufacturer's
technical specifications. The knowledge of the character and the technical specifications
of a component is important to be understood in order to solve real world engineering
problems that require designers of Power Systems to analyze a particular application.
Keywords : battery characterization; photovoltaic solar power; hybrid power system;
renewable energy; inverter
*
email : [email protected]
FE-8
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-9
1. Pendahuluan
Sejak tahun 2013, kegiatan penelitian Sistem Pembangkit Listrik difokuskan pada
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid, yaitu sebuah PLT yang terdiri dari
berbagai sumber energi, meliputi: sel surya, syn-gas, biogas dan biohidrogen.
Kegiatan penelitian sel surya difokuskan dalam hal produksi listrik dari sel surya
dengan melakukan kegiatan uji kinerja modul surya. Kegiatan penelitian syn-gas
dilakukan kegiatan gasifikasi (dekomposisi termal) dari limbah kering biomassa
menggunakan fluidized bed combustion untuk menghasilkan syn-gas. Kegiatan
penelitian biogas dilakukan proses produksi gas dari air limbah agro-industri.
Sedangkan kegiatan penelitian bio-hidrogen melakukan proses produksi biohidrogen dengan melakukan fermentasi sampah kota. Jenis dan bentuk limbah
biomassa yang digunakan beragam dan spesifik untuk setiap sistem yaitu:
biomassa padat, biomassa cair dan biomassa basah. Berdasarkan produk energi
dari masing-masing sistem, maka akan dibangun sebuah PLT Hybrid berdasar
pada kinerja standar dari masing-masing sistem secara independen.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Photovoltaik (PLTS-PV), merupakan
salah satu komponen dari PLT Hybrid, terdiri dari enam buah modul PV dengan
kapasitas 75Wp dan empat buah modul PV dengan kapasitas 55Wp. Secara
teoritis, ke 10 buah modul PV tersebut dapat menghasilkan listrik 670Wp. Untuk
mengevaluasi modul PV, perlu dilakukan Uji Kinerja Modul (sudah dilakukan
pada TA 2014 ) dan Karakterisasi baterai Deep Cycle dan inverter. Untuk TA
2015, kegiatan difokuskan pada karakterisasi baterai Deep Cycle dan inverter. Hal
ini penting untuk menilai dan menganalisis kemampuan baterai dalam menyimpan
energi listrik kimia, menentukan kapasitas dan karakteristik baterai terkait dalam
Sistem PLTS-PV. Selanjutnya dilakukan analisis berdasarkan data eksperimental,
untuk kemudian dibandingkan dengan data teknis dari produsen baterai.
Baterai adalah komponen kunci yang memainkan peran penting dalam banyak
sistem listrik. Karakteristik baterai akan berdampak pada pemilihan komponen
sistem lainnya, termasuk pemilihan perangkat pengisian dan beban. Selain itu,
baterai juga memegang peran yang sangat penting dalam Sistem PLTS-PV.
Karakteristik baterai benar-benar mempengaruhi sistem secara keseluruhan
termasuk ukuran dan spesifikasi lain dari komponen utama. Berdasarkan uraian di
atas, maka informasi yang akurat tentang karakteristik baterai sangat penting
dalam mendesain sistem pembangkit listrik. Selain itu, untuk mendapatkan desain
sistem yang baik, maka pengujian terhadap komponen utama harus dilakukan.
Pengujian tersebut dapat dilakukan baik ketika komponen utama berdiri sendiri
secara independen (off grid) maupun ketika komponen utama tersebut terhubung
dalam sistem (on grid) [1, 2 dan 3].
Modul surya biasanya menghasilkan listrik pada siang hari, yaitu ketika matahari
bersinar. Mengingat energi listrik juga diperlukan di malam hari, perlu dipikirkan
cara untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh modul surya di siang
hari. Cara yang paling tepat adalah dengan menggunakan baterai yang dapat
menyimpan energi listrik secara kimiawi. Bahkan semua Sistem PLTS-PV
membutuhkan sistem baterai untuk menyimpan energi listrik yang dikumpulkan
pada siang hari. Fungsi baterai tersebut layaknya tangki penyimpanan energi
listrik. Prosesnya diawali ketika matahari bersinar, modul surya mengumpulkan
energi matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Selanjutnya, muatan
listrik mengalir menuju baterai melalui kabel dan kemudian energi listrik diubah
menjadi energi kimia yang tersimpan dalam baterai. Ketika baterai terisi (charge),
FE-10
Yusuf Suryo Utomo
maka energi listrik disimpan sebagai energi kimia dalam sel baterai, dan ketika
baterai digunakan (discharge), energi kimia yang tersimpan diubah menjadi
energi listrik [4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10].
Dalam Sistem PLTS-PV, baterai biasanya digunakan untuk menyimpan energi
yang dihasilkan oleh modul PV pada siang hari yang kemudian digunakan untuk
memasok listrik yang diperlukan ke beban saat malam hari atau saat cuaca
berawan. Alasan lain mengapa baterai digunakan dalam Sistem PLTS-PV adalah
karena output tegangan yang stabil dalam untuk memasok kebutuhan arus listrik
ke beban dan inverter. Selain itu, baterai kontroler biasanya juga digunakan dalam
sistem ini untuk melindungi baterai dari overcharge (pengisian berlebih) dan over
discharge (pengosongan berlebih) [11, 12 dan 13].
Kemampuan pemilihan baterai untuk digunakan dalam Sistem PLTS-PV adalah
hal penting bagi perancang sistem. Hal tersebut penting karena perancang sistem
harus memiliki pemahaman yang baik tentang cara mendesain fitur, karakteristik
kinerja dan persyaratan operasional sebuah sistem pembangkit. Termasuk
didalamnya, adalah informasi mengenai karakteristik baterai yang umumnya akan
digunakan dalam mendesain dan implementasi baterai dalam sistem PLTS-PV.
Secara umum baterai dibagi menjadi 2 tipe, yaitu (a) Starting Battery dan (b)
Deep Cycle Battery. Starting Battery adalah baterai dirancang mampu
menghasilkan energi (arus listrik) yang tinggi dalam waktu singkat sehingga dapat
menghidupkan mesin seperti mesin kendaraan. Dengan kata lain, memerlukan
arus listrik yang tinggi untuk menghidupkan mesin. Saat kapasitasnya berkurang,
biasanya baterai pada kendaraan otomatis akan diisi lagi oleh dinamo (alternator).
Oleh karena itu, baterai pada kendaraan akan selalu terisi penuh arus listrik dan
tidak pernah kehabisan arus listrik. Jika baterai sering digunakan sampai baterai
habis jenis maka akan cepat rusak. Baterai tipe ini, konstruksinya menggunakan
banyak plat tipis yang tersusun secara paralel bertujuan untuk memperluas
permukaan dan menurunkan hambatan, sehingga dapat mengakomodasi pelucutan
arus yang tinggi saat diperlukan. Jenis baterai jenis ini banyak digunakan pada
kendaraan bermotor untuk menghidupkan mesin. Sedangkan Deep Cycle Battery
adalah baterai yang dirancang untuk menghasilkan arus listrik yang stabil dalam
jangka waktu yang lama. Baterai jenis ini biasanya tahan terhadap siklus
pengisian-pemakaian baterai yang berulang kali (Deep Cycle). Oleh karena itu,
konstruksi baterai jenis ini menggunakan pelat tebal. Baterai ini biasanya
digunakan dalam peralatan yang menggunakan motor listrik seperti kursi roda,
forklift dan mobil golf. Selain itu, juga banyak digunakan dalam pembangkit
listrik berbasis energi terbarukan seperti pada PLT Surya, PLT Angin dan PLT
Air (mikrohidro) untuk menyimpan arus listrik.
Selain kedua tipe tersebut, baterai dapat juga diklasifikasikan menjadi 2, yaitu (a)
Flooded Lead Acid Battery dan (b) Valve-Regulated Lead Acid Battery (VLRA).
Baterai tipe (a) ini biasa disebut sel basah (Wet Cell) atau Flooded Battery. Di
pasaran, baterai ini dikenal sebagai baterai basah, karena sel-sel dalam baterai
tenggelam dalam cairan elektrolit dan jika cairannya kurang harus ditambahkan.
Karakteristik baterai ini, yaitu setiap selnya memiliki katup untuk mengisi cairan
elektrolit. Tipe ini paling banyak dijumpai di sekitar kita. Sedangkan baterai tipe
(b) adalah baterai yang didesain agar cairan elektrolitnya tidak berkurang baik
karena bocor maupun menguap. Secara fisik baterai jenis ini disegel oleh pabrik,
sehingga yang terlihat dari luar hanyalah terminal positif dan negatifnya saja.
Tetapi baterai jenis ini memiliki katup ventilasi yang akan terbuka hanya pada
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-11
tekanan yang ekstrim untuk membuang gas hasil dari reaksi kimia. Karena tidak
ada katup untuk mengisi cairan elektrolit, baterai jenis ini dikenal sebagai baterai
bebas perawatan/maintenance-free battery (MF Battery) [14, 15 dan 16].
Makalah ini akan membahas bagaimana baterai dapat menyimpan kelebihan
energi listrik yang dihasilkan sel surya selama siang hari, sehingga dapat
digunakan untuk keperluan lebih lanjut, misalnya untuk cadangan Sistem PLT
Hybrid yang sedang dikembangkan. Analisis kemampuan baterai untuk
menyimpan energi listrik kimia menjadi fokus diskusi untuk menentukan
kapasitas dan karakteristik baterai terkait. Analisis tersebut dibuat berdasarkan
data eksperimen dan akan dibandingkan dengan data teknis dari produsen baterai.
2. Metode Penelitian
Laboratorium Fisika Energi, Pusat Penelitian Fisika-LIPI Bandung memiliki
sebuah Sistem PLTS-PV yang terdiri dari 6 modul PV berkapasitas 75Wp dan 4
modul PV berkapasitas 55Wp. Bila kesepuluh modul PV tersebut dirangkai,
secara teoritis dapat menghasilkan listrik sebesar 670Wp. Sistem PLTS-PV
tersebut dilengkapi dengan baterai Deep Cycle sebagai penyimpan energi listrik
yang dihasilkan oleh modul PV. Selain itu, ada juga Solar Charger Controller
yang berfungsi mengontrol siklus charge-discharge dari baterai serta untuk
menghindari pengisian maupun pemakaian yang berlebihan. Terdapat pula unit
Inverter yang berfungsi untuk mengkonversi arus searah (DC) menjadi arus bolakbalik (AC). Arus AC diperlukan untuk menyalakan lampu pijar yang digunakan
dalam Uji Pengosongan baterai. Untuk menentukan kapasitas dan karakteristik
baterai Deep Cycle, dilakukan Uji Pengosongan dan Pengisian baterai dengan
konfigurasi eksperimen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Konfigurasi Eksperimental Uji Pengisian dan Pengosongan Baterai
Uji Pengosongan dilakukan dengan membebani baterai dengan lampu pijar.
Tegangan dan arus dari baterai diamati menggunakan voltmeter dan amperemeter.
Sementara Uji Pengisian dilakukan dengan mengisi baterai Deep Cycle dengan
energi listrik yang dihasilkan oleh kesepuluh modul PV. Selain tegangan dan arus
baterai, intensitas radiasi matahari juga diamati menggunakan pyranometer.
Baterai VRLA dengan kode produk DB 12-100 adalah baterai buatan BSB Power
Co. Ltd. yang desain untuk aplikasi pembangkit surya dengan karakteristik suhu
tropis. Baterai ini dirancang menggunakan komponen yang sesuai dengan
kebutuhan desain baterai deep cycle menggunakan separator/pemisah khusus
untuk baterai gel dan plat dengan spesifikasi deep cycle. Hal ini terlihat dari massa
FE-12
Yusuf Suryo Utomo
baterai mencapai 3 sampai 4 kali massa baterai otomotif dengan kapasitas setara
[4 dan 11]. Baterai ini dirancang untuk siklus pengisian dan pengosongan yang
sering pada lingkungan yang ekstrim. Dengan menggabungkan pengembangan
elektrolit Nano Gel terbaru dengan pasta kepadatan tinggi, baterai ini menawarkan
efisiensi penggunaan yang tinggi pada siklus pengisian yang sangat rendah.
Baterai ini cocok untuk penyimpanan energi yang berbasis energi terbarukan
seperti PV, sistem PLT turbin angin dan CATV. Data teknis baterai dari produsen
baterai yang seperti yang ditunjukkan pada Tabel I [17].
Tabel 1. Spesifikasi Baterai
DB12-100
Battery Model
Designed
Floating Life
Capacity (25oC)
Dimensions
Approx. Weight
Internal
Resistance
Self Discharge
Capacity
Affected by
Temp. (10hr)
Charge Voltage
(25oC)
12 Years
20hr (5.3A,
1.80V)
106Ah
Length
330mm
(13.0inch)
30kg (66.2 lbs)
10hr (10A,
1.80V)
100Ah
Width
171mm
(6.73inch)
5hr (17A,
1.75V)
85Ah
Weight
214mm
(8.43inch)
1hr (63A,
1.60V)
63Ah
Total Weight
220mm
(8.66inch)
Full charged at 25oC; 0.0045 Ohm
< 3% of capacity declined per month at 25oC
60oC
25oC
0oC
-15oC
109%
100%
85%
65%
Cycle use
Float use
14.4-14.8V (-30mV/oC), max.
Current: 25A
13.6-13.8V (-18mV/oC)
Uji Kinerja inverter dilakukan untuk menentukan unjuk kinerja, kapasitas dan
efisiensi inverter. Dalam Uji Kinerja tersebut, dilakukan pengamatan tegangan
dan arus yang masuk ke dalam Inverter (Vin, Iin) dan tegangan dan arus yang
keluar dari Inverter (Vout, Iout). Seperti pada Uji Pengisian dan Pengosongan
baterai, semua parameter uji yang diamati dan diukur dengan menggunakan
voltmeter dan ammeter. Konfigurasi eksperimental pada Uji Kinerja Inverter
ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Konfigurasi Eksperimental pada Uji Kinerja Inverter
Uji Pengisian dan Pengosongan baterai dan Uji Kinerja Inverter dilakukan pada
periode Mei-Juni 2015 di Laboratorium Fisika Energi, Pusat Penelitian Fisika LIPI di Bandung. Data uji kemudian dianalisis dan dibandingkan dengan data
teknis produsen baterai untuk membuktikan kesesuaian.
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-13
Tabel 2. Spesifikasi Inverter
Description
Input Voltage Range (DC)
Input Full Load Current
Standby Input Current
Output Voltage (AC)
Output Waveform
Output Frequency
Continue Output Power
Peak Output Power
Efficiency
Battery Low Pre-Alarm
Battery Low Shutdown
Thermal Protect
Overload Protect
Output Short Protect
Battery Ex. 12V/24V Protect
Battery Polarity Protect
Fuse
Dimensions (L x W x H)
Weight
12V DC
24V DC
10 - 15V
20 - 30V
150A
75A
< 0.7A
< 0.6A
220V - 240V
Modify Sine Wave
50Hz or 60Hz
1500W
3000W
85% - 90%
10.5 ± 0.5V
21 ± 1V
10.0 ± 0.5V
20 ± 1V
60 ± 5oC (Microcontroller)
Yes (Microcontroller)
Yes (Microcontroller)
Yes (Microcontroller)
Yes (by Fuse)
25Ax8pcs
15Ax8pcs
(360 x 198 x 80)mm
39kg
Ketika akan membandingkan energi yang tersedia pada baterai yang berbeda
bukanlah kapasitas ampere-jam tetapi total energi yang tersimpan dalam watt-jam.
Watt-jam disimpan dalam baterai didekati dengan mengalikan nilai ampere-jam
dengan tegangan baterai:
(1)
Sebuah baterai yang memiliki tegangan yang lebih tinggi dengan kapasitas (amp
jam) lebih rendah dapat memberikan energi total yang sama seperti baterai yang
memiliki tegangan lebih rendah dengan kapasitas yang lebih tinggi.
Hubungan matematis untuk kapasitas baterai (Q) merupakan perkalian arus dan
waktu :
(2)
dimana Q adalah kapasitas baterai (Ampere-jam), I adalah arus (ampere) dan t
adalah waktu dalam (jam).
Kapasitas baterai bervariasi dengan laju pengosongan. Ketika baterai dikosongkan
dengan laju lebih tinggi, maka kapasitas ampere-jam baterai akan berkurang
melebihi kapasitas nominalnya. Kapasitas baterai yang tereduksi cukup cepat
sesuai dengan laju pengosongan yang tinggi paling banyak terjadi pada baterai
jenis Lead acid. Ketika arus listrik diambil dari baterai terisi penuh, maka
tegangan akan menurun secara gradual dari tegangan yang sedikit lebih tinggi dari
tegangan nominalnya turun menjadi tegangan baterai kosong. Untuk baterai Lead
acid rentang tegangan nominal biasanya berkisar 10,5 volt (saat baterai kosong)
sampai 12 volt (saat baterai penuh).
Pada kurva pengosongan baterai, biasanya tegangan sel baterai relatif datar
sampai tegangan pengosongannya tercapai. Ketika tegangan pengosongan tercapai,
kapasitas baterai akan habis dan tegangan merosot dengan cepat. Oleh karenanya
FE-14
Yusuf Suryo Utomo
baterai dan sel-selnya tidak boleh dikosongkan hingga tegangannya turun di
bawah tegangan yang diijinkan [18 dan 19].
Gambar 3. Siklus Pengosongan Baterai DB BSB 12-100
3. Hasil dan Pembahasan
Uji Pengosongan Baterai
Dengan menggunakan baterai BSB dengan kode produk DB 12-100 (tegangan
baterai 12V dan kapasitas 100Ah) dan beban berupa lampu pijar 23 W, maka hasil
uji pengosongan baterai ditunjukkan pada Gambar 3.
Berdasarkan Gambar 3 di atas, tampak bahwa laju pengosongan baterai
tergantung pada arus beban. Dalam hal ini arus beban adalah 4 A. Hal ini
berpengaruh terhadap waktu pengosongan baterai. Bila arus beban besar, maka
waktu pengosongan baterai akan cepat. Sebaliknya, bila arusnya kecil, maka
waktu pengosongannya lebih lambat. Pada Uji Pengosongan ini, dengan arus
beban sebesar 4A, waktu pengosongan baterai deep cycle mencapai 5040 menit
(84 jam). Dengan demikian, baterai deep cycle dapat menyalakan lampu pijar
selama lebih dari 7 hari.
Grafik di bawah ini memberikan gambaran kurva pengosongan baterai deep cycle
BSB dari pihak pabrikan untuk melihat karakteristik baterai lebih jauh.
Perhatikan bahwa waktu pengosongan untuk menarik arus dari 0.05CA atau 0,5
miliampere adalah 20 jam. Sedangkan waktu pengosongan untuk baterai yang
sama pada 3CA hanya 6 menit (0,1 jam). Ini menunjukkan bahwa kapasitas
baterai berkurang saat arus beban meningkat. Dengan menggunakan persamaan
(2), perhitungannya adalah sebagai berikut:
20 jam x 0.05A = 1 amp-jam
Perhatikan bahwa kapasitas ini adalah sama persis seperti yang dirilis oleh
produsen baterai. Hal ini biasa disebut rating 20 jam dan merupakan rating yang
umum untuk sebuah baterai lead acid.
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-15
Gambar 4. Kurva pengosongan baterai deep cycle dari pihak pabrikan
Dengan menggunakan persamaan (2), maka perhitungan kapasitas baterai yang
sama pada 3A adalah :
0,1 jam x 3A = 0,3 amp-jam
Hal ini menunjukkan penurunan kapasitas baterai hampir 30% dibanding rating
yang dirilis oleh produsen baterai, yaitu rating 20.
Uji Pengisian Baterai
Setelah Uji Pengosongan Baterai, Uji berikutnya yang dilakukan adalah Uji
Pengisian baterai, yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Siklus Pengisian Baterai DB BSB 12-100
FE-16
Yusuf Suryo Utomo
Berdasarkan gambar 5 di atas, tampak bahwa laju pengisian baterai tergantung
pada ketersediaan energi matahari yang jatuh pada modul surya. Ketika intensitas
radiasi matahari meningkat, arus pengisian dari modul surya juga meningkatkan.
Sebaliknya, ketika intensitas radiasi matahari berkurang, arus pengisiannya akan
menurun. Pengaruh intensitas radiasi matahari terhadap laju pengisian baterai
tersebut dapat dilihat pada Gambar 5 di atas. Dengan demikian, laju pengisian
baterai merupakan fungsi dari intensitas radiasi matahari. Hasil pengujian diatas
menunjukkan bahwa waktu pengisian baterai adalah 2.790 menit (46,5 jam).
Berdasarkan Persamaan (2), secara eksperimental kita dapat menentukan kapasitas
baterai untuk dibandingkan dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh produsen
baterai, seperti ditunjukkan pada Tabel 1 di atas. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa total penarikan arus dari baterai selama 6,2 jam Uji pengosongan adalah
621,4A. Dengan demikian, maka kapasitas baterai adalah 99,96Ah (~100Ah).
Hasil ini menunjukkan bahwa kapasitas baterai hasil pengujian identik dengan
data baterai yang dirilis oleh pabrikan baterai, yaitu 100Ah.
Berdasarkan Tabel 1 di atas, maka dapat dibandingkan spesifikasi teknis dan
karakteristik baterai hasil pengujian dan hasilnya dirangkum dalam Tabel 3 dan 4.
Tabel 3. Spesifikasi Teknis Baterai
Nominal Voltage
Rated Capacity (20 hour rate)
Weight (Approx.)
Total Height
(with terminals)
Dimensions Height
Length
Width
12V DC
106 Ah
30 kg
220 mm
214 mm
330 mm
171 mm
Tabel 3 diatas, menunjukkan bahwa kapasitas baterai menurut pabrikan adalah
106 Ah pada rating 20 jam. Hal ini akan menjadi acuan dalam perbandingan
kapasitas baterai secara eksperimental (berdasarkan hasil pengujian). Hasil
karakterisasi baterai secara eksperimental disajikan dalam Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Karakterisasi Baterai
Capacity
(25oC)
Internal
Resistance
Capacity
Affected by
Temperature
(25oC)
Self-Discharge
Terminal Type
Charge
Voltage (25oC)
20 hour rate (5.3A)
10 hour rate (10A)
5 hour rate (17A)
1 hour rate (63A)
106 Ah
100 Ah
85 Ah
63 Ah
Fully Charged at 25 oC
45 mW
o
60 C
109%
25 oC
100%
0 oC
85%
-15 oC
65%
< 3% of capacity declined per month
T17
14.4-14.8 (-30mV/oC)
Cycle use
13.6-13.8V (-18mV/oC)
Float use
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-17
Berdasarkan Tabel 4, ternyata kapasitas baterai hasil pengujian adalah 106 Ah
pada rating 20 jam. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas baterai hasil pengujian
adalah sama (identik) dengan data baterai yang dirilis oleh pabrikan baterai.
Uji Performansi Inverter
Uji Performansi Inverter dilakukan untuk mengevaluasi unjuk kerja unit Inverter
yang digunakan dalam Sistem PLTS-PV. Metoda pengujiannya adalah dengan
melakukan pengisian baterai dan membebaninya dengan lampu pijar. Pengukuran
tegangan-arus masukan inverter dan tegangan-arus output inverter telah dilakukan.
Pada Uji Kinerja ini, diperlukan dua pasang alat ukur berupa voltmeter dan
ammeter. Hasil Uji Performansi Inverter ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Daya input, daya output dan efisiensi Inverter
Gambar 6 di atas, menggambarkan daya input, daya output dan efisiensi inverter.
Berdasarkan daya input dan output, dapat dihitung dan ditentukan efisiensi
inverter. Hasil Uji menunjukkan bahwa efisiensi rata-rata inverter adalah 74,5%.
Hasil ini sedikit lebih rendah dari efisiensi yang dirilis oleh pabrikan (berkisar 8590%). Perbedaan tersebut kemungkinan disebabkan kondisi Uji yang berbeda
antara pengujian eksperimental di Laboratorium dengan kondisi di pabrik.
Berikut ini adalah beberapa metode yang disarankan agar pemilihan baterai untuk
suatu aplikasi tertentu bisa optimal:
1. Tentukan tegangan yang dibutuhkan
2. Hitung arus minimum yang dipersyaratkan untuk suatu aplikasi agar dapat
memenuhi persyaratan waktu operasi
3. Tentukan kapasitas baterai minimum
4. Tentukan persyaratan fisik yang sesuai (ukuran dan berat)
5. Pertimbangkan beberapa persyaratan terkait pengisian baterai, bahan kimia,
biaya yang diperlukan dan koneksi antar komponen
6. Teliti, survei dan pilih vendor dan kemasan baterai sesuai kebutuhan.
FE-18
Yusuf Suryo Utomo
Tentunya pengetahuan dan keterampilan yang dijelaskan di atas akan membantu
memecahkan masalah rekayasa di dunia nyata, dimana dibutuhkan seorang
desainer yang mampu menganalisis suatu aplikasi baterai dan memutuskan
pemilihan tegangan baterai yang optimal, kapasitas baterai, bahan kimia, faktor
bentuk dan sistem pengisian yang diperlukan dan berhasil mengatasi semua
kendala yang mungkin timbul.
4. Kesimpulan
Telah dilakukan serangkaian Uji Pengisian-Pengosongan pada Baterai Deep Cycle
BSB dan Uji Performansi Inverter. Hasil Uji menunjukkan bahwa baterai diuji
memiliki karakteristik yang sama dengan data teknis dari produsen baterai,
ditunjukkan dengan kapasitas baterai yang sama (sebesar 100Ah). Sedangkan Uji
Performansi Inverter menunjukkan hasil bahwa efisiensi inverter (74,5%) masih
lebih rendah dari spesifikasi teknis dari produsen (85-90%). Pengetahuan tentang
karakter dan spesifikasi teknis dari komponen sebuah PLT Surya penting untuk
dipahami dalam rangka memecahkan masalah rekayasa di dunia nyata yang
membutuhkan desainer dari sistem pembangkit untuk menganalisis dan
mengambil keputusan penting terkait implementasi baterai pada suatu aplikasi.
Ucapan terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih atas segala dukungan dari Pusat Penelitian
Fisika LIPI termasuk di dalamnya mendanai kegiatan penelitian ini melalui
Program DIPA Tahun Anggaran 2013-2015.
Daftar Pustaka
1. Apiwat Ausswamaykin1 and Boonyang Plangklang, “Design of Real Time
Battery Management Unit for PV-Hybrid System by Application of Coulomb
Counting Method,” J. Energy and Power Engineering (6), pp. 186-193,
2014.
2. D.J. Spiers, A.D. Rasinkoski, “Predicting the service lifetime of lead acid
batteries in photovoltaic systems,” J. Power Sources 53 (2), pp. 245–253,
1995.
3. Galushkin, N. , Yazvinskaya, N.,Galushkin, D., Galushkina, I., ”Statistical
Models of Alkaline Batteries Discharge,” Int. J. Electrochem. Sci., 10, pp.
5530 – 5535, 2015.
4. Grégoire Léna,” Rural Electrification with PV Hybrid Systems,” IEA-PVPS
T9-13:2013 Report, Belgium, 2013, 57 pages, ISBN : 978-3-906042-11-4.
5. Jing Li,Wei Wei and Ji Xiang, “A Simple Sizing Algorithm for Stand-Alone
PV/Wind/BatteryHybrid Microgrids,” Energies (5), pp. 5307-5323, 2012.
6. Piller, S., Perrin, M., Jossen, A., “Methods for state-of-charge determination
and their applications,” J. Power Sources (96), pp.113–120, 2001.
7. Pop, V., Bergveld, HJ., Notten, PHL., and Regtien, PPL., “State-of-charge
Indication in Portable Applications,” IEEE ISIE, June 20-23, Dubrovnik,
Croatia, pp. 1007-1012, 2005.
8. Rao, R., Vrudhula,S., and Rakhmatov, DN., “Battery Modelling for energyaware system design”, Published by the IEEE Computer Society, Des 2003,
pp. 77–87.
9. Ruddel, A.J., Dutton, A.G., Wenzl, H., Ropeter, C., Sauer, D.U., Merten, J.,
Orfanogiannis, C., Twidell, J.W., Vezin, P., “Analysis of battery current
microcycles in autonomous renewable energy system,” Journal of Power
Sources (112), pp. 531-546, 2002.
10. Rydh CJ, Sande´n BA, “Energy analysis of batteries in photovoltaic systems:
Part I. Performance and energy requirements,” Energy Convers Management
46, pp. 1957-1979, 2005.
Uji Kinerja Baterai Deep Cycle Pada Sistem Pembangkit Listrik.....
FE-19
11. Steve Mc Cluer, ”Coming To Terms With Batteries”, External Codes and
Standards Schneider Electric Providence (not published).
12. Tremblay, O., Louis-A. Dessaint, “Experimental Validation of a Battery
Dynamic Model for EV Applications,” World Electric Vehicle Journal Vol.
3, pp.1-10 , 2009.
13. Tremblay, O.; Dessaint, L.-A.; Dekkiche, A.-I., “A Generic Battery Model for
the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles,” Vehicle Power and
Propulsion Conference, 2007. VPPC 2007. IEEE , pp. 284-289, 9-12 Sept.
2007.
14. Trinh, F., “A Method for Evaluating Battery State of Charge Estimation
Accuracy,” Master’s Thesis, Chalmers University, Gothenburg, Sweden,
2012, 38 pages.
15. Wu, J., Kun Li, K., Jiang, Y., Lv, Q., Shang, L., and Sun, Y., “Large-Scale
Battery System Development and User-Specific Driving Behavior Analysis
for Emerging Electric-Drive Vehicles,” Energies (4), pp. 758-779, 2011.
16. Xiaosong Hu, Fengchun Sun and Yuan Zou, “Estimation of State of Charge of
a Lithium-Ion Battery Pack for Electric Vehicles Using an Adaptive
Luenberger Observer,” Energies (3), pp. 1586-1603, 2010.
17. ____________, BSB Power : Product Catalog, Hongkong 2010, 26 pages.
18. ____________, Battery Basics: Research, Test, Measure, Analyze and Select
the Optimal Battery, Gears Educational Systems, Massachusetts, 2009, 37
pages.
19. ____________, Battery Management System: Generating, storing and using
your own electricity, Data Sheet DEGERenergie GmbH, Germany, Feb 2013,
4 pages.