Studi Tentang Perilaku Superkapasitor Tersusun Seri Sebagai Pengganti Baterai Menggunakan Simulink MATLAB
SAFTAR PUSTAKA
[1]
Patel, Komal R. and Rushi R. Desai (2012).“Calculation of Internal Parameters
of Super Capacitor to Replace Battery by Using Charging and Discharging
Characteristics”, International Journal of Engineering and Innovative
Technology (IJEIT) Volume 2, Hal 1
[2]
Murata,
“High
Perfomance
Electrical
Double-Layer
Capacitors”,
www.murataamericas.com/edlc, 30 Agustus 2016
[3]
Woollard, Barry (1993). “Practical Electronics Vol 2”, McGraw-Hill Book
Company Limited, UK England
[4]
Bishop, Owen (2002). “Electronics-A first Course”, Elsevier Ltd, the boulevard
langton Lane, Kidlington, England
[5]
Floyd (2001). “Electronics Fundamentals Fifth Edition”, Prentice-Hall Inc.,
Upper Saddle River, New Jersey
[6]
Ramdhani Mohammad (2008), “Rangkaian Listrik”, Erlangga, STT Telkom
Bandung, Indonesia
[7]
Patel, Dipesh (2015), ”Battery Evaluation, Modellinng and Fast Charger Using
Supercapacitor as Input Source”, ProQuest LLC, UNIVERSITY OF
MASSACHUSETTS, LOWELL, Massachusetts, Prancis
[8]
Zhong,Yun Jiancheng Zhang, Gengyin Li (2008), “Mathematical Model of New
Bi-directional DC-AC-DC Converter for Supercapacitor Energy Storage
System in Photovoltaic Generation”, IEEE Conference on Electric Utility 125
Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Page(s): 2686-2690
[9]
Glavin, M. E., W.G. Hurley (2007), “Ultracapacitor/ battery hybrid for solar
energy storage”, IEEE Conference on Universities Power Engineering
60
Universitas Sumatera Utara
[10] V. Herman, A. Schneuwly and R. Gallay (2001) “High Power Double-layer
Capacitor Developments and Applications”, 52th Meeting of the ISE, San
Francisco
[11] Burke A. (2000), “Ultracapacitor: why, how, and where is the technology”, J.
Power Sources 91
[12] Nugroho, Muhammad Rifki (2011). ”Rancang Bangun Sistem Sumber Daya
TAG Aktif RFID Berbasis Tenaga Surya Dengan Superkapasitor Sebagai Media
Penyimpanan Energi”, FT PRODI Teknik Elektro UI, Indonesia
[13] Conway, B. E. (1999). “Electrochemical Supercapacitors : Scientific
Fundamentals and Technological Application.” New York, Kluver-Plenum.
[14] Zubieta L., and R. Bonert (2000), “Characterization of Double Layer
Capacitors (DLCs) for Power Electronics Applications”, Department of
Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto, USA
[15] Faranda R., M. Gallina and D.T. Son (2007), “A new simplified model of
Double-Layer Capacitors”, Dipartimento di Elettrotecnica, Politecnico di
Milano, Milan, Italy
[16] Tallner, Christian, Simon Lannetoft (2005), “Batteries or Supercapacitors as
Energy Storage in HEVs?”, Dept of Industrial Engineering and Automation,
Lund University
[17] Kiehne, H A (2003), “Battery Technology Handbook 2nd edition” (New York:
Marcell Decker, Inc)
[18] Datasheet HC Series Ultracapacitor, http://www.maxwell.com/datasheet_HC_
series, 22 Juni 2016
61
Universitas Sumatera Utara
BAB III
PERANCANGAN SIMULASI
3.1 Umum
Penelitian ini didasarkan pada uji coba rangkaian yang disimulasikan.
Simulasi merupakan sebuah kegiatan percobaan yang dilakukan oleh laptop/pc
berguna untuk mengambil data yang diperlukan dan juga untuk mempermudah
dalam melakukan suatu percobaan. Dengan menggunakan simulasi, pengguna tidak
perlu repot-repot mencari bahan yang diperlukan dalam percobaan. Dan dalam
penelitian ini digunakan SIMULINK dari MATLAB.
Pada bab ini dibahas tentang perancangan rangkaian simulasi untuk
superkapasitor baik yang tunggal maupun yang tersusun seri, dan rangkaian
simulasi untuk pengosongan baterai sehingga bisa didapatkan superkapasitor layak
menggantikan baterai atau tidak. Juga dibahas mengenai fasilitas/fitur dari
simulator yang digunakan dalam melakukan penelitian ini. Superkapasitor yang
diteliti pada penelitian ini adalah superkapasitor yang memiliki kapasitas 10 F
dengan merk BCAP0010 produk buatan MAXWELL Technologies, pada subbab
berikutnya akan dijelaskan mengenai rangkaian ekuivalen dari superkapasitor
untuk menentukan parameter internal. Dengan menggunakan parameter yang ada
untuk satu superkapasitor maka akan diteliti untuk rangkaian superkapasitor yang
tersusun seri. Berikutnya akan dijelaskan pada sub-bab selanjutnya.
22
Universitas Sumatera Utara
3.2 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dari Tugas Akhir ini meliputi serangkaian proses yang
panjang seperti pengumpulan data, pemodelan rangkaian, mengambil data yang
diperlukan dari model rangkaian, dan tahap terakhir yaitu penarikan kesimpulan.
Keseluruhan proses penelitian ditampilkan secara visual melalui diagram alir yang
diperlihatkan pada Gambar 3.1.
Mulai
A
Mengumpulkan da ta yang
dibutuhkan dan
menentukan parameter
komponen
Mengambil
data yang
diperlukan
Data Baterai,
Superkapasitor,
dan beban
Melakukan
perbandingan
terhadap data da ri
baterai
Merancang model
rangkaian untuk
baterai
Merancang model
rangkaian untuk
superkapasitor
tersusun seri
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Mengambil
data yang
diperlukan
Mengambil
data yang
diperlukan
Merancang model
rangkaian untuk
satu superkapasitor
Melakukan
perbandingan
terhadap data da ri
baterai
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Melakukan
penarikan
kesimpulan
A
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
23
Universitas Sumatera Utara
3.2.1 Pelaksanaan Penelitian
Berdasarkan diagram alir pada Gambar 3.2 langkah-langkah yang dilakukan
selama penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pengumpulan data
Data yang diperlukan pada penelitian ini terdiri dari:
- Data setelan parameter internal dari superkapasitor,
- Data dari baterai yang akan digunakan sebagai pembanding,
- Data beban yang tersedia.
2. Merancang Rangkaian Simulasi untuk baterai
Pada simulator SIMULINK MATLAB akan dirangkai sebuah baterai yang
terhubung dengan tahanan untuk pelepasan muatan. Dimana nilai tahanan
ini akan sama dengan nilai tahanan pada pengujian superkapasitor.
3. Melakukan simulasi/pengujian terhadap model rangkaian dari baterai
Pengujian ini dimulai dari baterai yang terisi penuh hingga baterai tersebut
benar-benar kosong.
4. Mengambil data yang diperlukan dari pengujian
Dari pengujian ini akan ditampilkan untuk pengosongan muatan serta kurva
karakteristik nominal dari baterai.
5. Merancang Rangkaian Simulasi untuk superkapasitor
Pada simulator SIMULINK MATLAB akan dirangkai sebuah rangkaian
pengganti untuk sebuah superkapasitor yang terhubung ke sumber energi
dengan arus pengisian yang konstan untuk pengisian muatan, dan setelah
beberapa saat hubungan ke sumber arus akan terbuka, lalu superkapasitor
akan terhubung juga ke tahanan untuk pengosongan muatan, yang mana
24
Universitas Sumatera Utara
nilai tahanan ini sama dengan tahanan pada pengujian baterai. Dari
rangkaian dasar satu superkapasitor ini akan dirangkai lagi rangkaian seri
superkapasitor sebanyak dua hingga empat buah superkapasitor.
6. Melakukan simulasi terhadap model rangkaian dari superkapasitor
Metode selama pengujian telah dijelaskan sebelumnya pada point 5. Waktu
yang digunakan untuk mengisi superkapasitor adalah selama 14 detik,
setelah itu hubungan dengan sumber arus akan terputus, pada saat yang
bersamaan hubungan dengan tahanan akan tertutup/tersambung. Pengujian
ini dilakukan selama 500 detik.
7. Mengambil data yang diperlukan dari pengujian
Dari pengujian ini akan diambil data berupa nilai tegangan dari tiap-tiap
superkapasitor, nilai tegangan dari tahanan, serta nilai tegangan total dari
superkapasitor untuk superkapasitor tersusun seri.
8. Melakukan perbandingan terhadap data dari pengujian baterai
Setelah didapatkan data dari superkapasitor, maka akan dibandingkan
dengan data dari baterai. Hasilnya adalah mampukah superkapasitor
tersebut sebagai pengganti baterai, jika mampu berapa lama dapat bertahan.
9. Melakukan penarikan kesimpulan
Setelah semua tahapan terlewati maka akan dilakukan penarikan
kesimpulan
dari
penelitian
“STUSI
TENTANG
PERILAKU
SUPERKAPASITOR TERSUSUN SERI SEBAGAI PENGGANTI
BATERAI MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB”.
25
Universitas Sumatera Utara
3.3 Spesifikasi Perangkat
Ada beberapa spesifikasi yang menjadi pendukung dalam penyusunan
Tugas Akhir ini, adapun spesifikasi perangkat yang mendukung meliputi spesifikasi
perangkat lunak dan perangkat keras.
3.3.1 Spesifikasi Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini adalah Netbook ASUS
eee PC 1015BX.
3.3.2 Spesifikasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut:
1. Sistem Operasi
: Windows 10
2. Aplikasi program
: Simulink ver 7.9 dari MATLAB R2012a
3.4 Fasilitas Simulator yang digunakan
3.4.1 Superkapasitor
Superkapasitor yang digunakan dalam simulasi ini ialah superkapasitor
dengan kapasitas 10 F dengan merk BCAP0010 produk buatan MAXWELL
Technologies. Untuk parameter dari superkapasitor diperlihatkan pada datasheet
produk [18] yang terdapat pada Lampiran 1.
Dalam studi ini, superkapasitor diwakilkan dengan rangkaian ekuivalen
seperti diperlihatkan pada Gambar 3.2.
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Rangkaian ekuivalen dari superkapasitor
Model rangkaian ekuivalen pada Gambar 3.2 adalah berdasarkan pada
penelitian L. Zubieta. Rangkaian ekuivalen tersebut menggambarkan 3 cabang
utama dari resistor dan kapasitor, dan sebuah resistor untuk pengosongan
superkapasitor. Dimana cabang pertama dengan elemen Ri, kapasitor tetap Ci0, dan
nilai perubahan kapasitor terhadap tegangan Ci1(F/V), menunjukkan parameter
superkapasitor pada pengisian dalam waktu beberapa detik. Cabang kedua terdiri
dari Rd, dan Cd untuk rentang waktu pengisian selama beberapa menit. Dan cabang
ketiga terdiri dari Rl, dan Cl untuk rentang waktu pengisian lebih dari 10 menit[14].
Untuk mendapatkan akurasi yang bagus selama 30 menit setidaknya
rangkaian ekuivalen dari superkapasitor ini diperlukan. Namun dalam penelitian ini
waktu yang digunakan untuk mengisi superkapasitor hanya berkisar antara 14 detik.
Jadi dari Gambar 3.2 yang dibutuhkan hanya cabang pertama dan nilai dari
Rlea(tahanan yang terhubung paralel). Untuk nilai parameter internal dari
superkapasitor dengan kapasitas 10 F dengan merk BCAP0010 produk buatan
MAXWELL Technologies diperlihatkan oleh GUI(Graphic User Interface) pada
Gambar 3.3.
27
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Parameter internal superkapasitor
3.4.2 Tahanan
Tahanan (Resistor) adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk
menghambat aliran arus. Dalam pengujian ini resistor berguna untuk menerima arus
yang disalurkan oleh superkapasitor. Dalam hal ini, arus yang mengalir pada
resistor adalah sesuai dengan Hukum Ohm pada Persamaan 3.1 [6].
=
(3.1)
3.4.3 Sumber Arus
Sumber arus pada rangkaian simulasi digunakan untuk mengisi muatan
yang ada pada kapasitor, sumber arus ditetapkan konstan senilai 2 A untuk tiap-tiap
pengujian. Pada simulasi ini, GUI dari sumber arus yang digunakan diperlihatkan
pada Gambar 3.4.
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4 GUI Sumber Arus
3.4.4 Baterai
Baterai yang akan digunakan dalam simulasi ialah baterai jenis Lithium-ion
yang bisa diisi ulang, penggunaan baterai dalam simulasi ini bertujuan untuk
sebagai objek pengganti yang akan digantikan oleh superkapasitor. Baterai dengan
nilai tegangan sebesar 3.6 V dan arus yang diberikan selama 1 jam adalah 0.9 Ah
dengan merk LC14500 produk dari UltraFire. Pada penelitian ini, baterai
diwakilkan oleh fitur dari simulator dimana GUI dari baterai diperlihatkan pada
Gambar 3.5
Gambar 3.5 GUI dari Baterai
29
Universitas Sumatera Utara
3.4.5 Pengatur Waktu
Pengatur waktu yang ada dalam rangkaian berguna untuk memberikan
batasan waktu terhadap saklar supaya menutup dan membuka dalam waktu yang
telah ditentukan. Waktu yang disetel dalam pengatur waktu adalah 14 detik dengan
waktu percobaan selama 500 detik.
3.4.6 Multimeter
Alat yang digunakan untuk mengukur nilai tegangan dari tiap-tiap
superkapasitor dan juga arus yang mengalir ke tahanan adalah multimeter. Dalam
penelitian ini multimeter digambarkan dengan GUI dari simulator matlab berupa,
Voltage Measurement, dan Current Measurement seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 3.6.
(A)
(B)
Gambar 3.6 (A) GUI dari Voltage Measurement
(B) GUI dari Current Measurement
30
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL SIMULASI SAN ANALISIS
4.1 Umum
Di dalam bab ini akan dilakukan pengujian terhadap rangkaian simulasi dari
baterai yang terhubung ke tahanan, yang berguna untuk mendapatkan karakteristik
dari baterai yang akan sebagai pembanding untuk superkapasitor. Lalu dilakukan
pengujian untuk pengisian dan pengosongan terhadap satu superkapasitor, dan dua
hingga empat superkapasitor yang tersusun secara seri. Pengujian yang dilakukan
pada rangkaian simulasi bertujuan untuk mengamati nilai arus dan tegangan yang
terjadi pada tiap superkapasitor.
Pengujian dilakukan dengan beberapa tahap yaitu, pengujian untuk satu
superkapasitor. Lalu untuk pengujian superkapasitor tersusun seri, akan disusun
superkapasitor dua hingga empat buah superkapasitor yang terhubung ke beban.
Pengujian superkapasitor tersusun seri ini akan mengamati perubahan tegangan
pada tiap superkapasitor yang disusun secara seri. Dan menganalisis nilai kapasitas
dan energi yang tersimpan pada superkapasitor yang tersusun seri. Setelah
dilakukan pengujian, maka akan dianalisis apakah superkapasitor dapat digunakan
sebagai pengganti dari baterai atau tidak.
4.2 Hasil Pengujian Sistem
Pada Tugas Akhir ini dilakukan pengujian terhadap karakteristik
pengosongan dari baterai, serta karakteristik pengisian dan pengosongan
superkapasitor yang tersusun seri. Berikut ini adalah hasil pengujian yang telah
dilakukan.
31
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Pengujian untuk menentukan karakteristik dari Baterai
Pada subbab ini akan dilakukan pengujian untuk menentukan karakteristik
dari baterai. Simulasi dilakukan dengan sebuah baterai yang terhubung dengan
tahanan sebesar 10 Ω. Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian baterai
diperlihatkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi untuk baterai
Dimana parameter dari baterai yang digunakan seperti yang telah dijelaskan
pada Bab 3 diperlihatkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Parameter internal dari baterai
Pada Gambar 4.2 memberikan penjelasan mengenai baterai yang
digunakan. Dimana jenis baterai yang digunakan adalah baterai Lithium-ion dengan
32
Universitas Sumatera Utara
tegangan sebesar 3.6 V, dan memiliki kerapatan arus dalam 1 jam adalah 0.9 Ah.
Dan juga baterai yang digunakan untuk pengujian telah terisi penuh terlihat dari
Initial State Of Charge pada baterai tersebut yang menunjukkan angka sebesar
100%.
Kurva karakteristik dari baterai tersebut diperlihatkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik Arus & Tegangan vs Waktu
Dapat terlihat pada Gambar 4.3 nilai arus dan tegangan terhadap waktu.
Terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan hingga baterai tersebut benar-benar kosong
adalah mendekati detik ke-9000, jika dikonversikan ke dalam menit kurang lebih
150 menit. Waktu ini cukup lama sebanding dengan energi yang tersimpan dalam
baterai. Untuk mengetahui energi yang tersimpan dalam baterai maka tegangan
nominal dari baterai dikalikan dengan rapat arus dari baterai, yaitu:
1
3.6
( ℎ) =
0.9 ℎ = 3.24
ℎ
ℎ
33
Universitas Sumatera Utara
Jika dikonversikan ke satuan energi yaitu Joule, menjadi:
3.24
ℎ = 3.24 3600 = 11.664 = 11.6
Namun untuk bisa membandingkannya dengan superkapasitor dibututhkan
kurva pengosongan dari baterai yang menunjukkan nilai nominal dari baterai
seperti terlihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Kurva karakteristik pengosongan baterai
Pada Gambar 4.4 terlihat kurva pengosongan dari baterai, yang mana daerah
yang diarsir adalah area nominal atau area kerja dari baterai. Dari kurva tersebut
ditunjukkan tegangan nominal yang dibutuhkan adalah 3.6 V, dan dibawah
tegangan tersebut baterai yang diujikan sudah tidak mampu lagi dalam memberikan
tegangan yang memadai yang mana artinya peralatan sudah tidak bisa digunakan
lagi, dan baterai harus segera diisi kembali. Nilai tegangan 3.6 V ini akan menjadi
acuan atau dasar sebagai pembanding dari superkapasitor yang digunakan. Jika nilai
tegangan dari superkapasitor yang digunakan lebih besar dari 3.6 V, maka akan
dilihat sampai berapa lama tegangan dari superkapasitor tersebut hingga mencapai
3.6 V.
34
Universitas Sumatera Utara
4.2.2 Pengujian dan Analisis Sata untuk Satu Superkapasitor
Pada subbab ini akan diterangkan mengenai pengujian rangkaian untuk satu
superkapasitor terhubung ke beban. Untuk mendapatkan rangkaian simulasi
program maka diperlukan sebuah rangkaian ekuivalen. Pada Gambar 4.5
menunjukkan rangkaian ekuivalen untuk pengujian satu superkapasitor
NC
I
NO
V1
SC
A
V2
R
Gambar 4.5 Rangkaian ekuivalen dari satu superkapasitor
Keterangan Gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC
= Superkapasitor (10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen pada Gambar 4.5 maka dapat dibuat rangkaian
simulasi untuk
satu superkapasitor. Gambar dari rangkaian simulasi untuk
pengujian satu superkapasitor diperlihatkan pada Gambar 4.6.
35
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Rangkaian simulasi untuk superkapasitor
Gambar 4.6 menunjukkan rangkaian simulasi dari superkapasitor. Pertama
superkapasitor yang dihubungkan dengan sumber arus untuk pengisian
superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke resistor untuk pengosongan
superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan saklar dilakukan pada saat yang
bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh SPDT (Single Pole Double
Throw). Hasil data simulasi dari satu superkapasitor diperlihatkan dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil data simulasi untuk pengisian satu superkapasitor
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
V1 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621038
2.6930961
2.6252205
2.4322893
2.2484213
2.0736942
1.9081477
1.7517804
1.6045475
1.4663597
1.3370822
1.2165358
1.1044984
V2 (V)
0
6.00E-09
6.02E-09
6.12E-09
6.62E-09
9.12E-09
2.14E-08
7.80E-08
2.56E-07
2.69E-07
2.6252205
2.4322893
2.2484213
2.0736942
1.9081477
1.7517804
1.6045475
1.4663597
1.3370822
1.2165358
1.1044984
A
Kondisi
0
P
6.00E-10
E
6.02E-10
N
6.12E-10
G
6.62E-10
I
9.12E-10
S
2.14E-09
I
7.80E-09
A
2.56E-08
N
2.69E-08
0.262522
P
0.2432289
E
0.2248421
N
0.2073694
G
0.1908148
O
S
0.175178
O
0.1604548
N
0.146636
G
0.1337082
A
0.1216536
N
0.1104498
36
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
Keterangan Tabel :
V1 (V)
1.0007076
0.9048649
0.8166402
0.7356767
0.6615971
0.5940093
0.5325122
0.4767017
0.4261753
0.3805376
0.3394036
0.3024024
0.2691798
0.2394004
0.2127485
0.1889295
0.1676696
0.148716
0.1318364
0.1168181
0.1034674
0.0916082
0.0810812
0.0717425
0.0634625
0.0561249
0.0496253
0.0438701
0.038776
0.0342684
0.0302808
0.0267541
0.0236358
0.020879
0.0184422
0.0162887
0.0143858
0.0127045
0.0117912
V2 (V)
1.0007076
0.9048649
0.8166402
0.7356767
0.6615971
0.5940093
0.5325122
0.4767017
0.4261753
0.3805376
0.3394036
0.3024024
0.2691798
0.2394004
0.2127485
0.1889295
0.1676696
0.148716
0.1318364
0.1168181
0.1034674
0.0916082
0.0810812
0.0717425
0.0634625
0.0561249
0.0496253
0.0438701
0.038776
0.0342684
0.0302808
0.0267541
0.0236358
0.020879
0.0184422
0.0162887
0.0143858
0.0127045
0.0117912
V1
= Tegangan Superkapasitor
V2
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
A
Kondisi
0.1000708
0.0904865
0.081664
0.0735677
0.0661597
0.0594009
0.0532512
0.0476702
0.0426175
0.0380538
0.0339404
0.0302402
0.026918
0.02394
0.0212749
P
0.018893
E
0.016767
N
0.0148716
G
0.0131836
O
S
0.0116818
O
0.0103467
N
0.0091608
G
0.0081081
A
0.0071742
N
0.0063463
0.0056125
0.0049625
0.004387
0.0038776
0.0034268
0.0030281
0.0026754
0.0023636
0.0020879
0.0018442
0.0016289
0.0014386
0.0012704
0.0011791
37
Universitas Sumatera Utara
Grafik dari Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, dan V2 pada pengujian satu
superkapasitor diperlihatkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Grafik Tegangan vs Waktu untuk satu superkapasitor
Untuk analisis data dari pengujian satu superkapasitor adalah seperti
berikut:
Dapat terlihat pada Gambar 4.7 grafik dari tegangan vs waktu untuk nilai
V1, pada waktu pengisian tegangan superkapasitor dimulai dari nol dan akan naik
terus hingga pada waktu yang ditentukan. Waktu pengisian pada superkapasitor
dapat diteruskan, namun ini akan menjadikan tegangan pada superkapasitor
berlebih dari yang seharusnya dianjurkan. Ini membuktikan pada simulasi, nilai
tegangan dari superkapasitor dapat terus bertambah jika tidak dibatasi dengan alat
pengukur waktu. Dan untuk waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan
pada V1 sama dengan V2, yang menandakan tegangan dari superkapasitor sama
dengan tegangan dari tahanan. Simulasi ini dilakukan selama 500 detik, namun
38
Universitas Sumatera Utara
terlihat dari data pada Tabel 4.1 tegangan dari superkapasitor masih ada yaitu
sebesar 0.011791 V. Nilai ini akan terus turun hingga superkapasitor akan benarbenar kosong.
Dari pengujian didapatkan bahwa nilai tegangan dari superkapasitor tidak
dapat menyamai nilai tegangan dari sebuah baterai yang dijadikan sebagai
pembanding. Ini membuktikan bahwa jika hanya satu superkapasitor tidak dapat
sebagai pengganti dari baterai.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari superkapasitor yaitu sebesar 2.65 V dan nilai kapasitas dari
superkapasitor yaitu 10 F. Maka Persamaan 2.4 menjadi,
(
)=1 2
= 1 2 10
= 36.1805
2.69
Nilai energi yang tersimpan pada satu superkapasitor 10 F, dengan arus
pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14 s adalah 36.1805 Joule
4.2.2 Pengujian dan Analisis Sata Sua Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari dua superkapasitor terhubung
seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan komponen yang
digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari rangkaian ekuivalen
dua superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada Gambar 4.8.
39
Universitas Sumatera Utara
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
R
V4
Gambar 4.8 Rangkaian ekuivalen untuk dua superkapasitor terhubung seri
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1(10 F)
SC2
= Superkapasitor 2 (10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
V4
= Voltmeter 4
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk dua superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.8, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk dua superkapasitor.
Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian dua superkapasitor tersusun seri
diperlihatkan pada Gambar 4.9.
40
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Rangkaian Simulasi untuk dua superkapasitor
Gambar 4.9 menunjukkan rangkaian simulasi dari dua superkapasitor
tersusun seri. Pertama dua superkapasitor yang tersusun seri dihubungkan dengan
sumber arus untuk pengisian superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke
resistor untuk pengosongan superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan
saklar dilakukan pada saat yang bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh
SPDT (Single Pole Double Throw). Hasil data simulasi untuk dua superkapasitor
terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Data Pengujian dari dua superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
V1 (V)
0
0.12
0.1204019
0.122411
0.1324493
0.1824529
0.4279572
1.5601772
5.1242075
5.3861922
5.2347835
4.4858029
3.8091712
3.2051868
2.6727982
2.2095469
1.8116392
1.4741469
1.1913103
0.9568958
0.7645516
0.6081179
V2 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
2.6173917
2.2429014
1.9045856
1.6025934
1.3363991
1.1047735
0.9058196
0.7370734
0.5956552
0.4784479
0.3822758
0.3040589
V3 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
2.6173917
2.2429014
1.9045856
1.6025934
1.3363991
1.1047735
0.9058196
0.7370734
0.5956552
0.4784479
0.3822758
0.3040589
V4 (V)
0
1.20E-08
1.20E-08
1.22E-08
1.32E-08
1.82E-08
4.28E-08
1.56E-07
5.12E-07
5.39E-07
5.2347835
4.4858029
3.8091712
3.2051868
2.6727982
2.2095469
1.8116392
1.4741469
1.1913103
0.9568958
0.7645516
0.6081179
A
0
1.20E-09
1.20E-09
1.22E-09
1.32E-09
1.82E-09
4.28E-09
1.56E-08
5.12E-08
5.39E-08
0.5234783
0.4485803
0.3809171
0.3205187
0.2672798
0.2209547
0.1811639
0.1474147
0.119131
0.0956896
0.0764552
0.0608118
Kondisi
P
E
N
G
I
S
I
A
N
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
41
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
0.4818599
0.3806166
0.2998715
0.2357621
0.1850468
0.1450454
0.1135692
0.0888482
0.0694616
0.0542765
0.0423935
0.0331012
0.0258392
0.0201663
0.0157364
0.0122781
0.0095789
0.0074726
0.0058291
0.0045468
0.0035465
0.0027662
0.0021575
0.0016827
0.0013124
0.0010236
0.0007983
0.0006226
0.0004856
0.0003787
0.0002954
0.0002304
0.0001797
1.40E-04
1.09E-04
8.52E-05
6.65E-05
5.73E-05
Keterangan Tabel :
V2 (V)
0.2409299
0.1903083
0.1499357
0.1178811
0.0925234
0.0725227
0.0567846
0.0444241
0.0347308
0.0271383
0.0211967
0.0165506
0.0129196
0.0100831
0.0078682
0.0061391
0.0047895
0.0037363
0.0029145
0.0022734
0.0017732
0.0013831
0.0010787
0.0008414
0.0006562
0.0005118
0.0003992
0.0003113
0.0002428
0.0001894
1.48E-04
1.15E-04
8.98E-05
7.01E-05
5.46E-05
4.26E-05
3.32E-05
2.86E-05
V3 (V)
0.2409299
0.1903083
0.1499357
0.1178811
0.0925234
0.0725227
0.0567846
0.0444241
0.0347308
0.0271383
0.0211967
0.0165506
0.0129196
0.0100831
0.0078682
0.0061391
0.0047895
0.0037363
0.0029145
0.0022734
0.0017732
0.0013831
0.0010787
0.0008414
0.0006562
0.0005118
0.0003992
0.0003113
0.0002428
0.0001894
1.48E-04
1.15E-04
8.98E-05
7.01E-05
5.46E-05
4.26E-05
3.32E-05
2.86E-05
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
V4 (V)
0.4818599
0.3806166
0.2998715
0.2357621
0.1850468
0.1450454
0.1135692
0.0888482
0.0694616
0.0542765
0.0423935
0.0331012
0.0258392
0.0201663
0.0157364
0.0122781
0.0095789
0.0074726
0.0058291
0.0045468
0.0035465
0.0027662
0.0021575
0.0016827
0.0013124
0.0010236
0.0007983
0.0006226
0.0004856
0.0003787
0.0002954
0.0002304
0.0001797
1.40E-04
1.09E-04
8.52E-05
6.65E-05
5.73E-05
A
0.048186
0.0380617
0.0299871
0.0235762
0.0185047
0.0145045
0.0113569
0.0088848
0.0069462
0.0054277
0.0042393
0.0033101
0.0025839
0.0020166
0.0015736
0.0012278
0.0009579
0.0007473
0.0005829
0.0004547
0.0003546
0.0002766
0.0002157
0.0001683
0.0001312
0.0001024
7.98E-05
6.23E-05
4.86E-05
3.79E-05
2.95E-05
2.30E-05
1.80E-05
1.40E-05
1.09E-05
8.52E-06
6.65E-06
5.73E-06
Kondisi
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
42
Universitas Sumatera Utara
Grafik dari nilai Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, V2, V3, dan V4 pada
pengujian dua superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10 Grafik Tegangan vs Waktu untuk dua superkapasitor tersusun seri
Untuk analisis data dari pengujian dua superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada dua superkapasitor tersusun seri
ialah pada detik ke-37.5, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 37.5-14 = 23.5 detik. Jadi 23.5 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.10 Grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
43
Universitas Sumatera Utara
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari dua superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 5,3862 V. Namun pada waktu pengosongan dari
superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama dengan nilai tegangan V4 dimana yang
diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai
tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil nilainya daripada nilai tegangan yang
hanya menggunakan satu superkapasitor. Pada dua superkapasitor tersusun seri ini
nilai tegangan lebih cepat habis daripada yang satu superkapasitor, dimana pada
satu superkapasitor pada detik ke-500 nilai tegangan belum benar-benar habis.
Namun pada dua superkapasitor tersusun seri, pada detik ke-284 nilai tegangannya
sudah hampir menyamai nilai tegangan dari satu superkapasitor pada detik ke-500.
Ini membuktikan bahwa nilai tegangan pada waktu pengosongan superkapasitor
tersusun seri lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaann 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari dua superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 5.23 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
1
=
=
=
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
1
+
1
1
1
+
10 10
10
=5
2
44
Universitas Sumatera Utara
(
)=1 2
= 1 2 5 5.386
= 72.522
Nilai energi yang tersimpan pada dua superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 72.522 Joule.
4.2.3 Pengujian dan Analisis Sata Tiga Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari tiga superkapasitor
terhubung seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan
komponen yang digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari
rangkaian ekuivalen tiga superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada Gambar
4.11.
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
SC3
V4
R
V5
Gambar 4.11 Rangkaian ekuivalen untuk tiga superkapasitor terhubung seri
45
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1 (10 F)
SC2
= Superkapasitor 2(10 F)
SC3
= Superkapasitor 3(10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
V4
= Voltmeter 4
V5
= Voltmeter 5
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk tiga superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.11, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk tiga superkapasitor yang
tersusun seri. Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian tiga superkapasitor
tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.12.
46
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12 Rangkaian simulasi untuk tiga superkapasitor tersusun seri
Gambar 4.12 menunjukkan rangkaian simulasi dari tiga superkapasitor
tersusun seri. Pertama tiga superkapasitor yang tersusun seri dihubungkan dengan
sumber arus untuk pengisian superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke
resistor untuk pengosongan superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan
saklar dilakukan pada saat yang bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh
SPDT (Single Pole Double Throw). Hasil data simulasi untuk tiga superkapasitor
terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Data Pengujian dari tiga superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
V1 (V)
0
0.18
0.1806028
0.1836166
0.1986744
0.2736914
0.6422222
2.3458406
7.736221
8.1335217
V2 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
V3 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662251
0.0912385
0.214265
0.7856634
2.6120136
2.7473296
V4 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
V5 (V)
0
1.80E-08
1.81E-08
1.84E-08
1.99E-08
2.74E-08
6.42E-08
2.35E-07
7.74E-07
8.13E-07
A
0
1.80E-09
1.81E-09
1.84E-09
1.99E-09
2.74E-09
6.42E-09
2.35E-08
7.74E-08
8.13E-08
Kondisi
P
E
N
G
I
S
I
A
N
47
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
7.8825785
6.2205909
4.8099276
3.6455617
2.7118161
1.9838152
1.4307757
1.0200505
0.7206811
0.5056932
0.3530459
0.2455732
0.1703695
0.1179771
0.0815903
0.0563748
0.0389276
0.0268683
0.0185392
0.0127894
0.0088216
0.0060842
0.0041959
0.0028935
0.0019953
0.0013759
0.0009488
0.0006542
0.0004511
0.0003111
0.0002145
0.0001479
1.02E-04
7.03E-05
4.85E-05
3.34E-05
2.31E-05
1.59E-05
1.10E-05
7.56E-06
5.21E-06
3.60E-06
2.48E-06
1.71E-06
1.18E-06
8.14E-07
5.62E-07
3.88E-07
2.68E-07
2.15E-07
V2 (V)
2.6094483
2.0612797
1.5953921
1.2103129
0.9010757
0.6596609
0.4760517
0.3395566
0.239989
0.168442
0.1176183
0.0818233
0.0567697
0.0393126
0.027187
0.0187835
0.0129685
0.0089491
0.0061729
0.0042564
0.0029338
0.0020214
0.0013919
0.0009578
0.0006584
0.000452
0.0003096
0.0002114
1.44E-04
9.70E-05
6.48E-05
4.26E-05
2.73E-05
1.68E-05
9.48E-06
4.47E-06
1.01E-06
-1.38E-06
-3.02E-06
-4.16E-06
-4.94E-06
-5.48E-06
-5.85E-06
-6.10E-06
-6.28E-06
-6.40E-06
-6.49E-06
-6.54E-06
-6.58E-06
-6.60E-06
V3 (V)
2.6636819
2.0980315
1.6191434
1.224936
0.9096648
0.6644933
0.4786722
0.3409374
0.2407031
0.1688092
0.1178093
0.0819266
0.0568301
0.039352
0.0272163
0.0188079
0.0129906
0.0089701
0.0061934
0.0042766
0.002954
0.0020415
0.001412
0.0009779
0.0006785
0.000472
0.0003296
0.0002314
0.0001637
1.17E-04
8.49E-05
6.27E-05
4.74E-05
3.68E-05
2.95E-05
2.45E-05
2.10E-05
1.87E-05
1.70E-05
1.59E-05
1.51E-05
1.45E-05
1.42E-05
1.39E-05
1.37E-05
1.36E-05
1.35E-05
1.35E-05
1.34E-05
1.34E-05
V4 (V)
2.6094483
2.0612797
1.5953921
1.2103129
0.9010757
0.6596609
0.4760517
0.3395566
0.239989
0.168442
0.1176183
0.0818233
0.0567697
0.0393126
0.027187
0.0187835
0.0129685
0.0089491
0.0061729
0.0042564
0.0029338
0.0020214
0.0013919
0.0009578
0.0006584
0.000452
0.0003096
0.0002114
1.44E-04
9.70E-05
6.48E-05
4.26E-05
2.73E-05
1.68E-05
9.48E-06
4.47E-06
1.01E-06
-1.38E-06
-3.02E-06
-4.16E-06
-4.94E-06
-5.48E-06
-5.85E-06
-6.10E-06
-6.28E-06
-6.40E-06
-6.49E-06
-6.54E-06
-6.58E-06
-6.60E-06
V5 (V)
7.8825785
6.2205908
4.8099275
3.6455617
2.7118161
1.9838152
1.4307756
1.0200505
0.7206811
0.5056932
0.3530459
0.2455732
0.1703695
0.1179771
0.0815903
0.0563748
0.0389276
0.0268683
0.0185392
0.0127894
0.0088216
0.0060842
0.0041959
0.0028935
0.0019953
0.0013759
0.0009488
0.0006542
0.0004511
0.0003111
0.0002145
0.0001479
1.02E-04
7.03E-05
4.85E-05
3.34E-05
2.31E-05
1.59E-05
1.10E-05
7.56E-06
5.21E-06
3.60E-06
2.48E-06
1.71E-06
1.18E-06
8.14E-07
5.62E-07
3.88E-07
2.68E-07
2.15E-07
A
Kondisi
0.7882578
0.6220591
0.4809928
0.3645562
0.2711816
0.1983815
0.1430776
0.1020051
0.0720681
0.0505693
0.0353046
0.0245573
0.017037
0.0117977
0.008159
0.0056375
0.0038928
0.0026868
0.0018539
0.0012789
P
0.0008822
E
0.0006084
N
0.0004196
G
0.0002894
O
0.0001995
S
0.0001376
O
9.49E-05
N
6.54E-05
G
4.51E-05
A
3.11E-05
N
2.14E-05
1.48E-05
1.02E-05
7.03E-06
4.85E-06
3.34E-06
2.31E-06
1.59E-06
1.10E-06
7.56E-07
5.21E-07
3.60E-07
2.48E-07
1.71E-07
1.18E-07
8.14E-08
5.62E-08
3.88E-08
2.68E-08
2.15E-08
48
Universitas Sumatera Utara
Keterangan Tabel :
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Superkapasitor 3
V5
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
Grafik dari tegangan vs waktu untuk nilai V1, V2, V3, V4, dan V5 pada
pengujian tiga superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.9.
Gambar 4.13 Grafik Tegangan vs Waktu untuk tiga superkapasitor tersusun seri
Untuk analisis data dari pengujian tiga superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada tiga superkapasitor tersusun seri
49
Universitas Sumatera Utara
ialah pada detik ke-44.5, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 44.5-14 = 30.5 detik. Jadi 30.5 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.13 Grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari tiga superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 8.133 V. Namun pada tiga superkapasitor tersusun seri
ini, nilai tegangan pada superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai yang
lebih besar dari dua superkapasitor lainnya, ini menunjukkan superkapasitor
memiliki penyaluran tegangan yang tidak merata pada masing-masing
superkapasitornya.
Pada waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama
dengan nilai tegangan V5 dimana yang diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan
untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil
nilainya daripada nilai tegangan yang hanya menggunakan satu superkapasitor.
Pada tiga superkapasitor tersusun seri ini nilai tegangan lebih cepat habis daripada
yang satu dan superkapasitor, dimana pada satu superkapasitor pada detik ke-500
nilai tegangan belum benar-benar habis, dan pada dua superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-284 nilai tegangannya sudah hampir menyamai nilai tegangan dari
satu superkapasitor pada detik ke-500. Serta pada tiga superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-204 nilai tegangannya sudah hampir menyamai nilai tegangan dari
satu superkapasitor pada detik ke-500. Ini membuktikan bahwa semakin banyak
50
Universitas Sumatera Utara
superkapasitor tersusun seri maka nilai tegangan pada waktu pengosongan akan
semakin lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor atau superkapasitor yang lebih sedikit tersusun seri.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari tiga superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 8.133 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
=
1
=
=
1
+
1
+
1
1
1
1
+
+
10 10 10
10
= 3.33
3
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
)=1 2
= 1 2 3.33 8.133
(
= 110.132
Nilai energi yang tersimpan pada tiga superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 110.132 Joule.
4.2.4 Pengujian dan Analisis Sata Empat Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari empat superkapasitor
terhubung seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan
komponen yang digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari
51
Universitas Sumatera Utara
rangkaian ekuivalen empat superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada
Gambar 4.14.
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
SC3
V4
SC2
V5
R
V6
Gambar 4.14 Rangkaian ekuivalen empat superkapasitor tersusun seri
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1 (10 F)
SC2
= Superkapasitor 2(10 F)
SC3
= Superkapasitor 3(10 F)
SC4
= Superkapasitor 4(10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
52
Universitas Sumatera Utara
V4
= Voltmeter 4
V5
= Voltmeter 5
V6
= Voltmeter 6
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk empat superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.14, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk empat superkapasitor.
Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian empat superkapasitor tersusun seri
diperlihatkan pada Gambar 4.15.
Gambar 4.15 Rangkaian simulasi untuk empat superkapasitor tersusun seri
Pada Gambar 4.15 menampilkan rangkaian pengujian untuk empat
superkapasitor tersusun seri. Dimana prinsip pengerjaannya sama dengan pengujian
dua dan tiga superkapasitor tersusun seri, yang membedakan adalah susunan
superkapasitor yang diserikan menjadi empat buah. Hasil data simulasi untuk empat
superkapasitor terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.4.
53
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.4 Data Pengujian dari empat superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3,16E-30
8,04E-04
0,004823
0,024918
0,125393
0,627771
3,139657
13,13966
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
V1 (V)
0
0,24
0,240804
0,244822
0,2649
0,36493
0,856487
3,131504
10,34823
10,88085
10,51468
7,628238
5,33935
3,613189
2,374576
1,524579
0,962091
0,599873
0,371042
0,228319
0,140036
0,085714
0,052398
0,032007
0,019542
0,011928
0,007279
0,004442
0,00271
0,001654
0,001009
0,000615
0,000376
0,000229
0,00014
8,53E-05
5,20E-05
3,17E-05
1,94E-05
1,18E-05
7,21E-06
4,40E-06
2,68E-06
1,64E-06
1,00E-06
6,11E-07
3,74E-07
V2 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091226
0,213979
0,780089
2,562104
2,693096
2,601552
1,891087
1,326193
0,898996
0,59166
0,380282
0,240162
0,149818
0,092696
0,057048
0,03499
0,021414
0,013087
0,00799
0,004874
0,00297
0,001808
0,001099
0,000666
0,000402
0,000241
0,000142
8,25E-05
4,59E-05
2,35E-05
9,90E-06
1,59E-06
-3,48E-06
-6,57E-06
-8,46E-06
-9,61E-06
-1,03E-05
-1,07E-05
-1,10E-05
-1,12E-05
-1,13E-05
-1,13E-05
V3 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091239
0,214265
0,785663
2,612014
2,74733
2,655786
1,923032
1,343482
0,907598
0,595628
0,382007
0,240884
0,150118
0,092826
0,057112
0,035028
0,021443
0,013112
0,008014
0,004897
0,002993
0,001831
0,001122
0,000689
0,000425
0,000264
0,000165
1,05E-04
6,87E-05
4,64E-05
3,27E-05
2,44E-05
1,93E-05
1,63E-05
1,44E-05
1,32E-05
1,25E-05
1,21E-05
1,18E-05
1,17E-05
1,16E-05
1,15E-05
V4 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091239
0,214265
0,785663
2,612014
2,74733
2,655786
1,923032
1,343482
0,907598
0,595628
0,382007
0,240884
0,150118
0,092826
0,057112
0,035028
0,021443
0,013112
0,008014
0,004897
0,002993
0,001831
0,001122
0,000689
0,000425
0,000264
0,000165
1,05E-04
6,87E-05
4,64E-05
3,27E-05
2,44E-05
1,93E-05
1,63E-05
1,44E-05
1,32E-05
1,25E-05
1,21E-05
1,18E-05
1,17E-05
1,16E-05
1,15E-05
V5 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091226
0,213979
0,780089
2,562104
2,693096
2,601552
1,891087
1,326193
0,898996
0,59166
0,380282
0,240162
0,149818
0,092696
0,057048
0,03499
0,021414
0,013087
0,00799
0,004874
0,00297
0,001808
0,001099
0,000666
0,000402
0,000241
0,000142
8,25E-05
4,59E-05
2,35E-05
9,90E-06
1,59E-06
-3,48E-06
-6,57E-06
-8,46E-06
-9,61E-06
-1,03E-05
-1,07E-05
-1,10E-05
-1,12E-05
-1,13E-05
-1,13E-05
V6 (V)
0
2,40E-08
2,41E-08
2,45E-08
2,65E-08
3,65E-08
8,56E-08
3,13E-07
1,03E-06
1,09E-06
10,51468
7,628238
5,33935
3,613189
2,374576
1,524579
0,962091
0,599873
0,371042
0,228319
0,140036
0,085714
0,052398
0,032007
0,019542
0,011928
0,007279
0,004442
0,00271
0,001654
0,001009
0,000615
0,000376
0,000229
0,00014
8,53E-05
5,20E-05
3,17E-05
1,94E-05
1,18E-05
7,21E-06
4,40E-06
2,68E-06
1,64E-06
1,00E-06
6,11E-07
3,74E-07
A
Kondisi
0
P
2,40E-09
E
2,41E-09
N
2,45E-09
G
2,65E-09
I
3,65E-09
S
8,56E-09
I
3,13E-08
A
1,03E-07
N
1,09E-07
1,051468
0,762823
0,533935
0,361318
0,237457
0,152457
0,096209
0,059987
0,037104
0,022831
0,014003
0,008571
0,005239
0,0032
P
0,001954
E
0,001192
N
0,000728
G
0,000444
O
S
0,000271
O
0,000165
N
0,000101
G
6,15E-05
A
3,76E-05
N
2,29E-05
1,4E-05
8,53E-06
5,20E-06
3,17E-06
1,94E-06
1,18E-06
7,21E-07
4,40E-07
2,68E-07
1,64E-07
1,00E-07
6,11E-08
3,74E-08
54
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
2,29E-07
1,40E-07
8,64E-08
5,35E-08
3,34E-08
2,12E-08
1,37E-08
9,13E-09
6,35E-09
4,66E-09
3,62E-09
2,99E-09
2,73E-09
V2 (V)
-1,13E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
Keterangan Tabel :
V3 (V)
1,15E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
V4 (V)
1,15E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Superkapasitor 3
V5
= Tegangan Superkapasitor 4
V6
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
V5 (V)
-1,13E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
V6 (V)
2,29E-07
1,40E-07
8,64E-08
5,35E-08
3,34E-08
2,12E-08
1,37E-08
9,13E-09
6,35E-09
4,66E-09
3,62E-09
2,99E-09
2,73E-09
A
2,29E-08
1,40E-08
8,64E-09
5,35E-09
3,34E-09
2,12E-09
1,37E-09
9,13E-10
6,35E-10
4,66E-10
3,62E-10
2,99E-10
2,73E-10
Grafik dari nilai Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, V2, V3, V4, V5, dan
V6 pada pengujian empat superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada
Gambar 4.16.
Gambar 4.16 Grafik Tegangan vs Waktu untuk empat superkapasitor tersusun seri
55
Universitas Sumatera Utara
Kondisi
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
Untuk analisis data dari pengujian empat superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada empat superkapasitor tersusun seri
ialah pada detik ke-44.1, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 44.1-14 = 30.1 detik. Jadi 30.1 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.16 grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari empat superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 10,935 V. Namun pada empat superkapasitor tersusun
seri ini tidak seperti pada satu atau dua superkapasitor yang tersusun seri, nilai
tegangan pada dua superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai yang lebih
besar dari dua superkapasitor lainnya, ini menunjukkan superkapasitor memiliki
penyaluran tegngan yang tidak merata pada masing-masing superkapasitornya.
Pada waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama
dengan nilai tegangan V6 dimana yang diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan
untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil
nilainya daripada nilai tegangan yang hanya menggunakan satu superkapasitor.
Pada empat superkapasitor tersusun seri ini nilai tegangan lebih cepat habis
daripada yang satu dan dua, serta tiga superkapasitor, dimana pada satu
56
Universitas Sumatera Utara
superkapasitor pada detik ke-500 nilai tegangan belum benar-benar habis, pada dua
superkapasitor tersusun seri, pada detik ke-284, dan pada tiga superkapasitor
tersusun seri, pada detik ke-204, Serta pada empat superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-164 nilai tegangannya hampir menyamai nilai tegangan dari satu
superkapasitor pada detik ke-500. Ini membuktikan bahwa semakin banyak
superkapasitor tersusun seri maka nilai tegangan pada waktu pengosongan akan
semakin lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor atau superkapasitor yang lebih sedikit tersusun seri.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari tiga superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 10,88 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
1
=
=
1
+
1
+
1
+
1
1
1
1
1
+
+
+
10 10 10 10
=
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
10
= 2.5
4
)=1 2
= 1 2 2.5 10.88
(
= 147.968
Nilai energi yang tersimpan pada empat superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 147.968 Joule.
57
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN SAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun beberapa kesimpulan dari pembahasan pada Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut.
1. Berdasarkan pengujian dengan baterai 3.6 V dan 0.9 Ah didapatkan bahwa,
satu superkapasitor tidak dapat digunakan sebagai pengganti baterai.
Sementara untuk superkapasitor yang tersusun seri dapat menggantikan
baterai, untuk dua superkapasitor selama 23.5 detik, tiga superkapasitor 30.5
detik, dan empat superkapasitor selama 30.1 detik.
2. Semakin banyak superkapasitor yang tersusun seri, maka nilai tegangan
akan semakin bertambah. Namun juga akan semakin cepat mengalami
penurunan tegangan karena arus yang ditarik juga semakin besar.
3. Pada pengujian tiga dan empat superkapasitor yang tersusun seri, selama
waktu pengisian superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai
tegangan yang lebih besar dari superkapasitor yang berada di pinggir. Ini
membuktikan ada pembagian tegangan yang tidak merata di tiap
superkapasitor.
4. Energi yang tersimpan pada satu superkapasitor ialah 36.1805 J, pada dua
superkapasitor ialah 72.522 J, pada tiga superkapasitor 110.132 J, dan pada
empat superkapasitor ialah 147.968 J.
58
Universitas Sumatera Utara
5.2 Saran
[1]
Patel, Komal R. and Rushi R. Desai (2012).“Calculation of Internal Parameters
of Super Capacitor to Replace Battery by Using Charging and Discharging
Characteristics”, International Journal of Engineering and Innovative
Technology (IJEIT) Volume 2, Hal 1
[2]
Murata,
“High
Perfomance
Electrical
Double-Layer
Capacitors”,
www.murataamericas.com/edlc, 30 Agustus 2016
[3]
Woollard, Barry (1993). “Practical Electronics Vol 2”, McGraw-Hill Book
Company Limited, UK England
[4]
Bishop, Owen (2002). “Electronics-A first Course”, Elsevier Ltd, the boulevard
langton Lane, Kidlington, England
[5]
Floyd (2001). “Electronics Fundamentals Fifth Edition”, Prentice-Hall Inc.,
Upper Saddle River, New Jersey
[6]
Ramdhani Mohammad (2008), “Rangkaian Listrik”, Erlangga, STT Telkom
Bandung, Indonesia
[7]
Patel, Dipesh (2015), ”Battery Evaluation, Modellinng and Fast Charger Using
Supercapacitor as Input Source”, ProQuest LLC, UNIVERSITY OF
MASSACHUSETTS, LOWELL, Massachusetts, Prancis
[8]
Zhong,Yun Jiancheng Zhang, Gengyin Li (2008), “Mathematical Model of New
Bi-directional DC-AC-DC Converter for Supercapacitor Energy Storage
System in Photovoltaic Generation”, IEEE Conference on Electric Utility 125
Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Page(s): 2686-2690
[9]
Glavin, M. E., W.G. Hurley (2007), “Ultracapacitor/ battery hybrid for solar
energy storage”, IEEE Conference on Universities Power Engineering
60
Universitas Sumatera Utara
[10] V. Herman, A. Schneuwly and R. Gallay (2001) “High Power Double-layer
Capacitor Developments and Applications”, 52th Meeting of the ISE, San
Francisco
[11] Burke A. (2000), “Ultracapacitor: why, how, and where is the technology”, J.
Power Sources 91
[12] Nugroho, Muhammad Rifki (2011). ”Rancang Bangun Sistem Sumber Daya
TAG Aktif RFID Berbasis Tenaga Surya Dengan Superkapasitor Sebagai Media
Penyimpanan Energi”, FT PRODI Teknik Elektro UI, Indonesia
[13] Conway, B. E. (1999). “Electrochemical Supercapacitors : Scientific
Fundamentals and Technological Application.” New York, Kluver-Plenum.
[14] Zubieta L., and R. Bonert (2000), “Characterization of Double Layer
Capacitors (DLCs) for Power Electronics Applications”, Department of
Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto, USA
[15] Faranda R., M. Gallina and D.T. Son (2007), “A new simplified model of
Double-Layer Capacitors”, Dipartimento di Elettrotecnica, Politecnico di
Milano, Milan, Italy
[16] Tallner, Christian, Simon Lannetoft (2005), “Batteries or Supercapacitors as
Energy Storage in HEVs?”, Dept of Industrial Engineering and Automation,
Lund University
[17] Kiehne, H A (2003), “Battery Technology Handbook 2nd edition” (New York:
Marcell Decker, Inc)
[18] Datasheet HC Series Ultracapacitor, http://www.maxwell.com/datasheet_HC_
series, 22 Juni 2016
61
Universitas Sumatera Utara
BAB III
PERANCANGAN SIMULASI
3.1 Umum
Penelitian ini didasarkan pada uji coba rangkaian yang disimulasikan.
Simulasi merupakan sebuah kegiatan percobaan yang dilakukan oleh laptop/pc
berguna untuk mengambil data yang diperlukan dan juga untuk mempermudah
dalam melakukan suatu percobaan. Dengan menggunakan simulasi, pengguna tidak
perlu repot-repot mencari bahan yang diperlukan dalam percobaan. Dan dalam
penelitian ini digunakan SIMULINK dari MATLAB.
Pada bab ini dibahas tentang perancangan rangkaian simulasi untuk
superkapasitor baik yang tunggal maupun yang tersusun seri, dan rangkaian
simulasi untuk pengosongan baterai sehingga bisa didapatkan superkapasitor layak
menggantikan baterai atau tidak. Juga dibahas mengenai fasilitas/fitur dari
simulator yang digunakan dalam melakukan penelitian ini. Superkapasitor yang
diteliti pada penelitian ini adalah superkapasitor yang memiliki kapasitas 10 F
dengan merk BCAP0010 produk buatan MAXWELL Technologies, pada subbab
berikutnya akan dijelaskan mengenai rangkaian ekuivalen dari superkapasitor
untuk menentukan parameter internal. Dengan menggunakan parameter yang ada
untuk satu superkapasitor maka akan diteliti untuk rangkaian superkapasitor yang
tersusun seri. Berikutnya akan dijelaskan pada sub-bab selanjutnya.
22
Universitas Sumatera Utara
3.2 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dari Tugas Akhir ini meliputi serangkaian proses yang
panjang seperti pengumpulan data, pemodelan rangkaian, mengambil data yang
diperlukan dari model rangkaian, dan tahap terakhir yaitu penarikan kesimpulan.
Keseluruhan proses penelitian ditampilkan secara visual melalui diagram alir yang
diperlihatkan pada Gambar 3.1.
Mulai
A
Mengumpulkan da ta yang
dibutuhkan dan
menentukan parameter
komponen
Mengambil
data yang
diperlukan
Data Baterai,
Superkapasitor,
dan beban
Melakukan
perbandingan
terhadap data da ri
baterai
Merancang model
rangkaian untuk
baterai
Merancang model
rangkaian untuk
superkapasitor
tersusun seri
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Mengambil
data yang
diperlukan
Mengambil
data yang
diperlukan
Merancang model
rangkaian untuk
satu superkapasitor
Melakukan
perbandingan
terhadap data da ri
baterai
Melakukan
pengujian terha dap
model rangkaian
Melakukan
penarikan
kesimpulan
A
Selesai
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
23
Universitas Sumatera Utara
3.2.1 Pelaksanaan Penelitian
Berdasarkan diagram alir pada Gambar 3.2 langkah-langkah yang dilakukan
selama penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pengumpulan data
Data yang diperlukan pada penelitian ini terdiri dari:
- Data setelan parameter internal dari superkapasitor,
- Data dari baterai yang akan digunakan sebagai pembanding,
- Data beban yang tersedia.
2. Merancang Rangkaian Simulasi untuk baterai
Pada simulator SIMULINK MATLAB akan dirangkai sebuah baterai yang
terhubung dengan tahanan untuk pelepasan muatan. Dimana nilai tahanan
ini akan sama dengan nilai tahanan pada pengujian superkapasitor.
3. Melakukan simulasi/pengujian terhadap model rangkaian dari baterai
Pengujian ini dimulai dari baterai yang terisi penuh hingga baterai tersebut
benar-benar kosong.
4. Mengambil data yang diperlukan dari pengujian
Dari pengujian ini akan ditampilkan untuk pengosongan muatan serta kurva
karakteristik nominal dari baterai.
5. Merancang Rangkaian Simulasi untuk superkapasitor
Pada simulator SIMULINK MATLAB akan dirangkai sebuah rangkaian
pengganti untuk sebuah superkapasitor yang terhubung ke sumber energi
dengan arus pengisian yang konstan untuk pengisian muatan, dan setelah
beberapa saat hubungan ke sumber arus akan terbuka, lalu superkapasitor
akan terhubung juga ke tahanan untuk pengosongan muatan, yang mana
24
Universitas Sumatera Utara
nilai tahanan ini sama dengan tahanan pada pengujian baterai. Dari
rangkaian dasar satu superkapasitor ini akan dirangkai lagi rangkaian seri
superkapasitor sebanyak dua hingga empat buah superkapasitor.
6. Melakukan simulasi terhadap model rangkaian dari superkapasitor
Metode selama pengujian telah dijelaskan sebelumnya pada point 5. Waktu
yang digunakan untuk mengisi superkapasitor adalah selama 14 detik,
setelah itu hubungan dengan sumber arus akan terputus, pada saat yang
bersamaan hubungan dengan tahanan akan tertutup/tersambung. Pengujian
ini dilakukan selama 500 detik.
7. Mengambil data yang diperlukan dari pengujian
Dari pengujian ini akan diambil data berupa nilai tegangan dari tiap-tiap
superkapasitor, nilai tegangan dari tahanan, serta nilai tegangan total dari
superkapasitor untuk superkapasitor tersusun seri.
8. Melakukan perbandingan terhadap data dari pengujian baterai
Setelah didapatkan data dari superkapasitor, maka akan dibandingkan
dengan data dari baterai. Hasilnya adalah mampukah superkapasitor
tersebut sebagai pengganti baterai, jika mampu berapa lama dapat bertahan.
9. Melakukan penarikan kesimpulan
Setelah semua tahapan terlewati maka akan dilakukan penarikan
kesimpulan
dari
penelitian
“STUSI
TENTANG
PERILAKU
SUPERKAPASITOR TERSUSUN SERI SEBAGAI PENGGANTI
BATERAI MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB”.
25
Universitas Sumatera Utara
3.3 Spesifikasi Perangkat
Ada beberapa spesifikasi yang menjadi pendukung dalam penyusunan
Tugas Akhir ini, adapun spesifikasi perangkat yang mendukung meliputi spesifikasi
perangkat lunak dan perangkat keras.
3.3.1 Spesifikasi Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini adalah Netbook ASUS
eee PC 1015BX.
3.3.2 Spesifikasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut:
1. Sistem Operasi
: Windows 10
2. Aplikasi program
: Simulink ver 7.9 dari MATLAB R2012a
3.4 Fasilitas Simulator yang digunakan
3.4.1 Superkapasitor
Superkapasitor yang digunakan dalam simulasi ini ialah superkapasitor
dengan kapasitas 10 F dengan merk BCAP0010 produk buatan MAXWELL
Technologies. Untuk parameter dari superkapasitor diperlihatkan pada datasheet
produk [18] yang terdapat pada Lampiran 1.
Dalam studi ini, superkapasitor diwakilkan dengan rangkaian ekuivalen
seperti diperlihatkan pada Gambar 3.2.
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Rangkaian ekuivalen dari superkapasitor
Model rangkaian ekuivalen pada Gambar 3.2 adalah berdasarkan pada
penelitian L. Zubieta. Rangkaian ekuivalen tersebut menggambarkan 3 cabang
utama dari resistor dan kapasitor, dan sebuah resistor untuk pengosongan
superkapasitor. Dimana cabang pertama dengan elemen Ri, kapasitor tetap Ci0, dan
nilai perubahan kapasitor terhadap tegangan Ci1(F/V), menunjukkan parameter
superkapasitor pada pengisian dalam waktu beberapa detik. Cabang kedua terdiri
dari Rd, dan Cd untuk rentang waktu pengisian selama beberapa menit. Dan cabang
ketiga terdiri dari Rl, dan Cl untuk rentang waktu pengisian lebih dari 10 menit[14].
Untuk mendapatkan akurasi yang bagus selama 30 menit setidaknya
rangkaian ekuivalen dari superkapasitor ini diperlukan. Namun dalam penelitian ini
waktu yang digunakan untuk mengisi superkapasitor hanya berkisar antara 14 detik.
Jadi dari Gambar 3.2 yang dibutuhkan hanya cabang pertama dan nilai dari
Rlea(tahanan yang terhubung paralel). Untuk nilai parameter internal dari
superkapasitor dengan kapasitas 10 F dengan merk BCAP0010 produk buatan
MAXWELL Technologies diperlihatkan oleh GUI(Graphic User Interface) pada
Gambar 3.3.
27
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Parameter internal superkapasitor
3.4.2 Tahanan
Tahanan (Resistor) adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk
menghambat aliran arus. Dalam pengujian ini resistor berguna untuk menerima arus
yang disalurkan oleh superkapasitor. Dalam hal ini, arus yang mengalir pada
resistor adalah sesuai dengan Hukum Ohm pada Persamaan 3.1 [6].
=
(3.1)
3.4.3 Sumber Arus
Sumber arus pada rangkaian simulasi digunakan untuk mengisi muatan
yang ada pada kapasitor, sumber arus ditetapkan konstan senilai 2 A untuk tiap-tiap
pengujian. Pada simulasi ini, GUI dari sumber arus yang digunakan diperlihatkan
pada Gambar 3.4.
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4 GUI Sumber Arus
3.4.4 Baterai
Baterai yang akan digunakan dalam simulasi ialah baterai jenis Lithium-ion
yang bisa diisi ulang, penggunaan baterai dalam simulasi ini bertujuan untuk
sebagai objek pengganti yang akan digantikan oleh superkapasitor. Baterai dengan
nilai tegangan sebesar 3.6 V dan arus yang diberikan selama 1 jam adalah 0.9 Ah
dengan merk LC14500 produk dari UltraFire. Pada penelitian ini, baterai
diwakilkan oleh fitur dari simulator dimana GUI dari baterai diperlihatkan pada
Gambar 3.5
Gambar 3.5 GUI dari Baterai
29
Universitas Sumatera Utara
3.4.5 Pengatur Waktu
Pengatur waktu yang ada dalam rangkaian berguna untuk memberikan
batasan waktu terhadap saklar supaya menutup dan membuka dalam waktu yang
telah ditentukan. Waktu yang disetel dalam pengatur waktu adalah 14 detik dengan
waktu percobaan selama 500 detik.
3.4.6 Multimeter
Alat yang digunakan untuk mengukur nilai tegangan dari tiap-tiap
superkapasitor dan juga arus yang mengalir ke tahanan adalah multimeter. Dalam
penelitian ini multimeter digambarkan dengan GUI dari simulator matlab berupa,
Voltage Measurement, dan Current Measurement seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 3.6.
(A)
(B)
Gambar 3.6 (A) GUI dari Voltage Measurement
(B) GUI dari Current Measurement
30
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL SIMULASI SAN ANALISIS
4.1 Umum
Di dalam bab ini akan dilakukan pengujian terhadap rangkaian simulasi dari
baterai yang terhubung ke tahanan, yang berguna untuk mendapatkan karakteristik
dari baterai yang akan sebagai pembanding untuk superkapasitor. Lalu dilakukan
pengujian untuk pengisian dan pengosongan terhadap satu superkapasitor, dan dua
hingga empat superkapasitor yang tersusun secara seri. Pengujian yang dilakukan
pada rangkaian simulasi bertujuan untuk mengamati nilai arus dan tegangan yang
terjadi pada tiap superkapasitor.
Pengujian dilakukan dengan beberapa tahap yaitu, pengujian untuk satu
superkapasitor. Lalu untuk pengujian superkapasitor tersusun seri, akan disusun
superkapasitor dua hingga empat buah superkapasitor yang terhubung ke beban.
Pengujian superkapasitor tersusun seri ini akan mengamati perubahan tegangan
pada tiap superkapasitor yang disusun secara seri. Dan menganalisis nilai kapasitas
dan energi yang tersimpan pada superkapasitor yang tersusun seri. Setelah
dilakukan pengujian, maka akan dianalisis apakah superkapasitor dapat digunakan
sebagai pengganti dari baterai atau tidak.
4.2 Hasil Pengujian Sistem
Pada Tugas Akhir ini dilakukan pengujian terhadap karakteristik
pengosongan dari baterai, serta karakteristik pengisian dan pengosongan
superkapasitor yang tersusun seri. Berikut ini adalah hasil pengujian yang telah
dilakukan.
31
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Pengujian untuk menentukan karakteristik dari Baterai
Pada subbab ini akan dilakukan pengujian untuk menentukan karakteristik
dari baterai. Simulasi dilakukan dengan sebuah baterai yang terhubung dengan
tahanan sebesar 10 Ω. Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian baterai
diperlihatkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi untuk baterai
Dimana parameter dari baterai yang digunakan seperti yang telah dijelaskan
pada Bab 3 diperlihatkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Parameter internal dari baterai
Pada Gambar 4.2 memberikan penjelasan mengenai baterai yang
digunakan. Dimana jenis baterai yang digunakan adalah baterai Lithium-ion dengan
32
Universitas Sumatera Utara
tegangan sebesar 3.6 V, dan memiliki kerapatan arus dalam 1 jam adalah 0.9 Ah.
Dan juga baterai yang digunakan untuk pengujian telah terisi penuh terlihat dari
Initial State Of Charge pada baterai tersebut yang menunjukkan angka sebesar
100%.
Kurva karakteristik dari baterai tersebut diperlihatkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik Arus & Tegangan vs Waktu
Dapat terlihat pada Gambar 4.3 nilai arus dan tegangan terhadap waktu.
Terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan hingga baterai tersebut benar-benar kosong
adalah mendekati detik ke-9000, jika dikonversikan ke dalam menit kurang lebih
150 menit. Waktu ini cukup lama sebanding dengan energi yang tersimpan dalam
baterai. Untuk mengetahui energi yang tersimpan dalam baterai maka tegangan
nominal dari baterai dikalikan dengan rapat arus dari baterai, yaitu:
1
3.6
( ℎ) =
0.9 ℎ = 3.24
ℎ
ℎ
33
Universitas Sumatera Utara
Jika dikonversikan ke satuan energi yaitu Joule, menjadi:
3.24
ℎ = 3.24 3600 = 11.664 = 11.6
Namun untuk bisa membandingkannya dengan superkapasitor dibututhkan
kurva pengosongan dari baterai yang menunjukkan nilai nominal dari baterai
seperti terlihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Kurva karakteristik pengosongan baterai
Pada Gambar 4.4 terlihat kurva pengosongan dari baterai, yang mana daerah
yang diarsir adalah area nominal atau area kerja dari baterai. Dari kurva tersebut
ditunjukkan tegangan nominal yang dibutuhkan adalah 3.6 V, dan dibawah
tegangan tersebut baterai yang diujikan sudah tidak mampu lagi dalam memberikan
tegangan yang memadai yang mana artinya peralatan sudah tidak bisa digunakan
lagi, dan baterai harus segera diisi kembali. Nilai tegangan 3.6 V ini akan menjadi
acuan atau dasar sebagai pembanding dari superkapasitor yang digunakan. Jika nilai
tegangan dari superkapasitor yang digunakan lebih besar dari 3.6 V, maka akan
dilihat sampai berapa lama tegangan dari superkapasitor tersebut hingga mencapai
3.6 V.
34
Universitas Sumatera Utara
4.2.2 Pengujian dan Analisis Sata untuk Satu Superkapasitor
Pada subbab ini akan diterangkan mengenai pengujian rangkaian untuk satu
superkapasitor terhubung ke beban. Untuk mendapatkan rangkaian simulasi
program maka diperlukan sebuah rangkaian ekuivalen. Pada Gambar 4.5
menunjukkan rangkaian ekuivalen untuk pengujian satu superkapasitor
NC
I
NO
V1
SC
A
V2
R
Gambar 4.5 Rangkaian ekuivalen dari satu superkapasitor
Keterangan Gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC
= Superkapasitor (10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen pada Gambar 4.5 maka dapat dibuat rangkaian
simulasi untuk
satu superkapasitor. Gambar dari rangkaian simulasi untuk
pengujian satu superkapasitor diperlihatkan pada Gambar 4.6.
35
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Rangkaian simulasi untuk superkapasitor
Gambar 4.6 menunjukkan rangkaian simulasi dari superkapasitor. Pertama
superkapasitor yang dihubungkan dengan sumber arus untuk pengisian
superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke resistor untuk pengosongan
superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan saklar dilakukan pada saat yang
bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh SPDT (Single Pole Double
Throw). Hasil data simulasi dari satu superkapasitor diperlihatkan dalam Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil data simulasi untuk pengisian satu superkapasitor
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
V1 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621038
2.6930961
2.6252205
2.4322893
2.2484213
2.0736942
1.9081477
1.7517804
1.6045475
1.4663597
1.3370822
1.2165358
1.1044984
V2 (V)
0
6.00E-09
6.02E-09
6.12E-09
6.62E-09
9.12E-09
2.14E-08
7.80E-08
2.56E-07
2.69E-07
2.6252205
2.4322893
2.2484213
2.0736942
1.9081477
1.7517804
1.6045475
1.4663597
1.3370822
1.2165358
1.1044984
A
Kondisi
0
P
6.00E-10
E
6.02E-10
N
6.12E-10
G
6.62E-10
I
9.12E-10
S
2.14E-09
I
7.80E-09
A
2.56E-08
N
2.69E-08
0.262522
P
0.2432289
E
0.2248421
N
0.2073694
G
0.1908148
O
S
0.175178
O
0.1604548
N
0.146636
G
0.1337082
A
0.1216536
N
0.1104498
36
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
Keterangan Tabel :
V1 (V)
1.0007076
0.9048649
0.8166402
0.7356767
0.6615971
0.5940093
0.5325122
0.4767017
0.4261753
0.3805376
0.3394036
0.3024024
0.2691798
0.2394004
0.2127485
0.1889295
0.1676696
0.148716
0.1318364
0.1168181
0.1034674
0.0916082
0.0810812
0.0717425
0.0634625
0.0561249
0.0496253
0.0438701
0.038776
0.0342684
0.0302808
0.0267541
0.0236358
0.020879
0.0184422
0.0162887
0.0143858
0.0127045
0.0117912
V2 (V)
1.0007076
0.9048649
0.8166402
0.7356767
0.6615971
0.5940093
0.5325122
0.4767017
0.4261753
0.3805376
0.3394036
0.3024024
0.2691798
0.2394004
0.2127485
0.1889295
0.1676696
0.148716
0.1318364
0.1168181
0.1034674
0.0916082
0.0810812
0.0717425
0.0634625
0.0561249
0.0496253
0.0438701
0.038776
0.0342684
0.0302808
0.0267541
0.0236358
0.020879
0.0184422
0.0162887
0.0143858
0.0127045
0.0117912
V1
= Tegangan Superkapasitor
V2
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
A
Kondisi
0.1000708
0.0904865
0.081664
0.0735677
0.0661597
0.0594009
0.0532512
0.0476702
0.0426175
0.0380538
0.0339404
0.0302402
0.026918
0.02394
0.0212749
P
0.018893
E
0.016767
N
0.0148716
G
0.0131836
O
S
0.0116818
O
0.0103467
N
0.0091608
G
0.0081081
A
0.0071742
N
0.0063463
0.0056125
0.0049625
0.004387
0.0038776
0.0034268
0.0030281
0.0026754
0.0023636
0.0020879
0.0018442
0.0016289
0.0014386
0.0012704
0.0011791
37
Universitas Sumatera Utara
Grafik dari Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, dan V2 pada pengujian satu
superkapasitor diperlihatkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Grafik Tegangan vs Waktu untuk satu superkapasitor
Untuk analisis data dari pengujian satu superkapasitor adalah seperti
berikut:
Dapat terlihat pada Gambar 4.7 grafik dari tegangan vs waktu untuk nilai
V1, pada waktu pengisian tegangan superkapasitor dimulai dari nol dan akan naik
terus hingga pada waktu yang ditentukan. Waktu pengisian pada superkapasitor
dapat diteruskan, namun ini akan menjadikan tegangan pada superkapasitor
berlebih dari yang seharusnya dianjurkan. Ini membuktikan pada simulasi, nilai
tegangan dari superkapasitor dapat terus bertambah jika tidak dibatasi dengan alat
pengukur waktu. Dan untuk waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan
pada V1 sama dengan V2, yang menandakan tegangan dari superkapasitor sama
dengan tegangan dari tahanan. Simulasi ini dilakukan selama 500 detik, namun
38
Universitas Sumatera Utara
terlihat dari data pada Tabel 4.1 tegangan dari superkapasitor masih ada yaitu
sebesar 0.011791 V. Nilai ini akan terus turun hingga superkapasitor akan benarbenar kosong.
Dari pengujian didapatkan bahwa nilai tegangan dari superkapasitor tidak
dapat menyamai nilai tegangan dari sebuah baterai yang dijadikan sebagai
pembanding. Ini membuktikan bahwa jika hanya satu superkapasitor tidak dapat
sebagai pengganti dari baterai.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari superkapasitor yaitu sebesar 2.65 V dan nilai kapasitas dari
superkapasitor yaitu 10 F. Maka Persamaan 2.4 menjadi,
(
)=1 2
= 1 2 10
= 36.1805
2.69
Nilai energi yang tersimpan pada satu superkapasitor 10 F, dengan arus
pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14 s adalah 36.1805 Joule
4.2.2 Pengujian dan Analisis Sata Sua Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari dua superkapasitor terhubung
seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan komponen yang
digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari rangkaian ekuivalen
dua superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada Gambar 4.8.
39
Universitas Sumatera Utara
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
R
V4
Gambar 4.8 Rangkaian ekuivalen untuk dua superkapasitor terhubung seri
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1(10 F)
SC2
= Superkapasitor 2 (10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
V4
= Voltmeter 4
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk dua superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.8, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk dua superkapasitor.
Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian dua superkapasitor tersusun seri
diperlihatkan pada Gambar 4.9.
40
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Rangkaian Simulasi untuk dua superkapasitor
Gambar 4.9 menunjukkan rangkaian simulasi dari dua superkapasitor
tersusun seri. Pertama dua superkapasitor yang tersusun seri dihubungkan dengan
sumber arus untuk pengisian superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke
resistor untuk pengosongan superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan
saklar dilakukan pada saat yang bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh
SPDT (Single Pole Double Throw). Hasil data simulasi untuk dua superkapasitor
terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Data Pengujian dari dua superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
V1 (V)
0
0.12
0.1204019
0.122411
0.1324493
0.1824529
0.4279572
1.5601772
5.1242075
5.3861922
5.2347835
4.4858029
3.8091712
3.2051868
2.6727982
2.2095469
1.8116392
1.4741469
1.1913103
0.9568958
0.7645516
0.6081179
V2 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
2.6173917
2.2429014
1.9045856
1.6025934
1.3363991
1.1047735
0.9058196
0.7370734
0.5956552
0.4784479
0.3822758
0.3040589
V3 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
2.6173917
2.2429014
1.9045856
1.6025934
1.3363991
1.1047735
0.9058196
0.7370734
0.5956552
0.4784479
0.3822758
0.3040589
V4 (V)
0
1.20E-08
1.20E-08
1.22E-08
1.32E-08
1.82E-08
4.28E-08
1.56E-07
5.12E-07
5.39E-07
5.2347835
4.4858029
3.8091712
3.2051868
2.6727982
2.2095469
1.8116392
1.4741469
1.1913103
0.9568958
0.7645516
0.6081179
A
0
1.20E-09
1.20E-09
1.22E-09
1.32E-09
1.82E-09
4.28E-09
1.56E-08
5.12E-08
5.39E-08
0.5234783
0.4485803
0.3809171
0.3205187
0.2672798
0.2209547
0.1811639
0.1474147
0.119131
0.0956896
0.0764552
0.0608118
Kondisi
P
E
N
G
I
S
I
A
N
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
41
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
0.4818599
0.3806166
0.2998715
0.2357621
0.1850468
0.1450454
0.1135692
0.0888482
0.0694616
0.0542765
0.0423935
0.0331012
0.0258392
0.0201663
0.0157364
0.0122781
0.0095789
0.0074726
0.0058291
0.0045468
0.0035465
0.0027662
0.0021575
0.0016827
0.0013124
0.0010236
0.0007983
0.0006226
0.0004856
0.0003787
0.0002954
0.0002304
0.0001797
1.40E-04
1.09E-04
8.52E-05
6.65E-05
5.73E-05
Keterangan Tabel :
V2 (V)
0.2409299
0.1903083
0.1499357
0.1178811
0.0925234
0.0725227
0.0567846
0.0444241
0.0347308
0.0271383
0.0211967
0.0165506
0.0129196
0.0100831
0.0078682
0.0061391
0.0047895
0.0037363
0.0029145
0.0022734
0.0017732
0.0013831
0.0010787
0.0008414
0.0006562
0.0005118
0.0003992
0.0003113
0.0002428
0.0001894
1.48E-04
1.15E-04
8.98E-05
7.01E-05
5.46E-05
4.26E-05
3.32E-05
2.86E-05
V3 (V)
0.2409299
0.1903083
0.1499357
0.1178811
0.0925234
0.0725227
0.0567846
0.0444241
0.0347308
0.0271383
0.0211967
0.0165506
0.0129196
0.0100831
0.0078682
0.0061391
0.0047895
0.0037363
0.0029145
0.0022734
0.0017732
0.0013831
0.0010787
0.0008414
0.0006562
0.0005118
0.0003992
0.0003113
0.0002428
0.0001894
1.48E-04
1.15E-04
8.98E-05
7.01E-05
5.46E-05
4.26E-05
3.32E-05
2.86E-05
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
V4 (V)
0.4818599
0.3806166
0.2998715
0.2357621
0.1850468
0.1450454
0.1135692
0.0888482
0.0694616
0.0542765
0.0423935
0.0331012
0.0258392
0.0201663
0.0157364
0.0122781
0.0095789
0.0074726
0.0058291
0.0045468
0.0035465
0.0027662
0.0021575
0.0016827
0.0013124
0.0010236
0.0007983
0.0006226
0.0004856
0.0003787
0.0002954
0.0002304
0.0001797
1.40E-04
1.09E-04
8.52E-05
6.65E-05
5.73E-05
A
0.048186
0.0380617
0.0299871
0.0235762
0.0185047
0.0145045
0.0113569
0.0088848
0.0069462
0.0054277
0.0042393
0.0033101
0.0025839
0.0020166
0.0015736
0.0012278
0.0009579
0.0007473
0.0005829
0.0004547
0.0003546
0.0002766
0.0002157
0.0001683
0.0001312
0.0001024
7.98E-05
6.23E-05
4.86E-05
3.79E-05
2.95E-05
2.30E-05
1.80E-05
1.40E-05
1.09E-05
8.52E-06
6.65E-06
5.73E-06
Kondisi
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
42
Universitas Sumatera Utara
Grafik dari nilai Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, V2, V3, dan V4 pada
pengujian dua superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10 Grafik Tegangan vs Waktu untuk dua superkapasitor tersusun seri
Untuk analisis data dari pengujian dua superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada dua superkapasitor tersusun seri
ialah pada detik ke-37.5, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 37.5-14 = 23.5 detik. Jadi 23.5 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.10 Grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
43
Universitas Sumatera Utara
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari dua superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 5,3862 V. Namun pada waktu pengosongan dari
superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama dengan nilai tegangan V4 dimana yang
diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai
tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil nilainya daripada nilai tegangan yang
hanya menggunakan satu superkapasitor. Pada dua superkapasitor tersusun seri ini
nilai tegangan lebih cepat habis daripada yang satu superkapasitor, dimana pada
satu superkapasitor pada detik ke-500 nilai tegangan belum benar-benar habis.
Namun pada dua superkapasitor tersusun seri, pada detik ke-284 nilai tegangannya
sudah hampir menyamai nilai tegangan dari satu superkapasitor pada detik ke-500.
Ini membuktikan bahwa nilai tegangan pada waktu pengosongan superkapasitor
tersusun seri lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaann 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari dua superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 5.23 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
1
=
=
=
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
1
+
1
1
1
+
10 10
10
=5
2
44
Universitas Sumatera Utara
(
)=1 2
= 1 2 5 5.386
= 72.522
Nilai energi yang tersimpan pada dua superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 72.522 Joule.
4.2.3 Pengujian dan Analisis Sata Tiga Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari tiga superkapasitor
terhubung seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan
komponen yang digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari
rangkaian ekuivalen tiga superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada Gambar
4.11.
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
SC3
V4
R
V5
Gambar 4.11 Rangkaian ekuivalen untuk tiga superkapasitor terhubung seri
45
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1 (10 F)
SC2
= Superkapasitor 2(10 F)
SC3
= Superkapasitor 3(10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
V4
= Voltmeter 4
V5
= Voltmeter 5
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk tiga superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.11, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk tiga superkapasitor yang
tersusun seri. Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian tiga superkapasitor
tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.12.
46
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12 Rangkaian simulasi untuk tiga superkapasitor tersusun seri
Gambar 4.12 menunjukkan rangkaian simulasi dari tiga superkapasitor
tersusun seri. Pertama tiga superkapasitor yang tersusun seri dihubungkan dengan
sumber arus untuk pengisian superkapasitor, dan kemudian akan terhubung ke
resistor untuk pengosongan superkapasitor, proses pembukaan dan penutupan
saklar dilakukan pada saat yang bersamaan pada detik ke-14, dan digerakkan oleh
SPDT (Single Pole Double Throw). Hasil data simulasi untuk tiga superkapasitor
terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Data Pengujian dari tiga superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3.16E-30
0.0008038
0.0048228
0.0249179
0.1253934
0.6277707
3.1396571
13.139657
14
V1 (V)
0
0.18
0.1806028
0.1836166
0.1986744
0.2736914
0.6422222
2.3458406
7.736221
8.1335217
V2 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
V3 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662251
0.0912385
0.214265
0.7856634
2.6120136
2.7473296
V4 (V)
0
0.06
0.0602009
0.0612055
0.0662246
0.0912264
0.2139786
0.7800886
2.5621037
2.6930961
V5 (V)
0
1.80E-08
1.81E-08
1.84E-08
1.99E-08
2.74E-08
6.42E-08
2.35E-07
7.74E-07
8.13E-07
A
0
1.80E-09
1.81E-09
1.84E-09
1.99E-09
2.74E-09
6.42E-09
2.35E-08
7.74E-08
8.13E-08
Kondisi
P
E
N
G
I
S
I
A
N
47
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
7.8825785
6.2205909
4.8099276
3.6455617
2.7118161
1.9838152
1.4307757
1.0200505
0.7206811
0.5056932
0.3530459
0.2455732
0.1703695
0.1179771
0.0815903
0.0563748
0.0389276
0.0268683
0.0185392
0.0127894
0.0088216
0.0060842
0.0041959
0.0028935
0.0019953
0.0013759
0.0009488
0.0006542
0.0004511
0.0003111
0.0002145
0.0001479
1.02E-04
7.03E-05
4.85E-05
3.34E-05
2.31E-05
1.59E-05
1.10E-05
7.56E-06
5.21E-06
3.60E-06
2.48E-06
1.71E-06
1.18E-06
8.14E-07
5.62E-07
3.88E-07
2.68E-07
2.15E-07
V2 (V)
2.6094483
2.0612797
1.5953921
1.2103129
0.9010757
0.6596609
0.4760517
0.3395566
0.239989
0.168442
0.1176183
0.0818233
0.0567697
0.0393126
0.027187
0.0187835
0.0129685
0.0089491
0.0061729
0.0042564
0.0029338
0.0020214
0.0013919
0.0009578
0.0006584
0.000452
0.0003096
0.0002114
1.44E-04
9.70E-05
6.48E-05
4.26E-05
2.73E-05
1.68E-05
9.48E-06
4.47E-06
1.01E-06
-1.38E-06
-3.02E-06
-4.16E-06
-4.94E-06
-5.48E-06
-5.85E-06
-6.10E-06
-6.28E-06
-6.40E-06
-6.49E-06
-6.54E-06
-6.58E-06
-6.60E-06
V3 (V)
2.6636819
2.0980315
1.6191434
1.224936
0.9096648
0.6644933
0.4786722
0.3409374
0.2407031
0.1688092
0.1178093
0.0819266
0.0568301
0.039352
0.0272163
0.0188079
0.0129906
0.0089701
0.0061934
0.0042766
0.002954
0.0020415
0.001412
0.0009779
0.0006785
0.000472
0.0003296
0.0002314
0.0001637
1.17E-04
8.49E-05
6.27E-05
4.74E-05
3.68E-05
2.95E-05
2.45E-05
2.10E-05
1.87E-05
1.70E-05
1.59E-05
1.51E-05
1.45E-05
1.42E-05
1.39E-05
1.37E-05
1.36E-05
1.35E-05
1.35E-05
1.34E-05
1.34E-05
V4 (V)
2.6094483
2.0612797
1.5953921
1.2103129
0.9010757
0.6596609
0.4760517
0.3395566
0.239989
0.168442
0.1176183
0.0818233
0.0567697
0.0393126
0.027187
0.0187835
0.0129685
0.0089491
0.0061729
0.0042564
0.0029338
0.0020214
0.0013919
0.0009578
0.0006584
0.000452
0.0003096
0.0002114
1.44E-04
9.70E-05
6.48E-05
4.26E-05
2.73E-05
1.68E-05
9.48E-06
4.47E-06
1.01E-06
-1.38E-06
-3.02E-06
-4.16E-06
-4.94E-06
-5.48E-06
-5.85E-06
-6.10E-06
-6.28E-06
-6.40E-06
-6.49E-06
-6.54E-06
-6.58E-06
-6.60E-06
V5 (V)
7.8825785
6.2205908
4.8099275
3.6455617
2.7118161
1.9838152
1.4307756
1.0200505
0.7206811
0.5056932
0.3530459
0.2455732
0.1703695
0.1179771
0.0815903
0.0563748
0.0389276
0.0268683
0.0185392
0.0127894
0.0088216
0.0060842
0.0041959
0.0028935
0.0019953
0.0013759
0.0009488
0.0006542
0.0004511
0.0003111
0.0002145
0.0001479
1.02E-04
7.03E-05
4.85E-05
3.34E-05
2.31E-05
1.59E-05
1.10E-05
7.56E-06
5.21E-06
3.60E-06
2.48E-06
1.71E-06
1.18E-06
8.14E-07
5.62E-07
3.88E-07
2.68E-07
2.15E-07
A
Kondisi
0.7882578
0.6220591
0.4809928
0.3645562
0.2711816
0.1983815
0.1430776
0.1020051
0.0720681
0.0505693
0.0353046
0.0245573
0.017037
0.0117977
0.008159
0.0056375
0.0038928
0.0026868
0.0018539
0.0012789
P
0.0008822
E
0.0006084
N
0.0004196
G
0.0002894
O
0.0001995
S
0.0001376
O
9.49E-05
N
6.54E-05
G
4.51E-05
A
3.11E-05
N
2.14E-05
1.48E-05
1.02E-05
7.03E-06
4.85E-06
3.34E-06
2.31E-06
1.59E-06
1.10E-06
7.56E-07
5.21E-07
3.60E-07
2.48E-07
1.71E-07
1.18E-07
8.14E-08
5.62E-08
3.88E-08
2.68E-08
2.15E-08
48
Universitas Sumatera Utara
Keterangan Tabel :
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Superkapasitor 3
V5
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
Grafik dari tegangan vs waktu untuk nilai V1, V2, V3, V4, dan V5 pada
pengujian tiga superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada Gambar 4.9.
Gambar 4.13 Grafik Tegangan vs Waktu untuk tiga superkapasitor tersusun seri
Untuk analisis data dari pengujian tiga superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada tiga superkapasitor tersusun seri
49
Universitas Sumatera Utara
ialah pada detik ke-44.5, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 44.5-14 = 30.5 detik. Jadi 30.5 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.13 Grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari tiga superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 8.133 V. Namun pada tiga superkapasitor tersusun seri
ini, nilai tegangan pada superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai yang
lebih besar dari dua superkapasitor lainnya, ini menunjukkan superkapasitor
memiliki penyaluran tegangan yang tidak merata pada masing-masing
superkapasitornya.
Pada waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama
dengan nilai tegangan V5 dimana yang diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan
untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil
nilainya daripada nilai tegangan yang hanya menggunakan satu superkapasitor.
Pada tiga superkapasitor tersusun seri ini nilai tegangan lebih cepat habis daripada
yang satu dan superkapasitor, dimana pada satu superkapasitor pada detik ke-500
nilai tegangan belum benar-benar habis, dan pada dua superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-284 nilai tegangannya sudah hampir menyamai nilai tegangan dari
satu superkapasitor pada detik ke-500. Serta pada tiga superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-204 nilai tegangannya sudah hampir menyamai nilai tegangan dari
satu superkapasitor pada detik ke-500. Ini membuktikan bahwa semakin banyak
50
Universitas Sumatera Utara
superkapasitor tersusun seri maka nilai tegangan pada waktu pengosongan akan
semakin lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor atau superkapasitor yang lebih sedikit tersusun seri.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari tiga superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 8.133 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
=
1
=
=
1
+
1
+
1
1
1
1
+
+
10 10 10
10
= 3.33
3
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
)=1 2
= 1 2 3.33 8.133
(
= 110.132
Nilai energi yang tersimpan pada tiga superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 110.132 Joule.
4.2.4 Pengujian dan Analisis Sata Empat Superkapasitor Terhubung Seri
Untuk dapat membuat rangkaian simulasi dari empat superkapasitor
terhubung seri, dibutuhkan suatu rangkaian ekuivalen untuk menjelaskan
komponen yang digunakan serta untuk dapat mengamati arah arus. Gambar dari
51
Universitas Sumatera Utara
rangkaian ekuivalen empat superkapasitor terhubung seri diperlihatkan pada
Gambar 4.14.
NC
I
NO
V1
A
SC1
V2
SC2
V3
SC3
V4
SC2
V5
R
V6
Gambar 4.14 Rangkaian ekuivalen empat superkapasitor tersusun seri
Keterangan gambar :
I
= Sumber Arus (2 A)
NC
= Saklar Normally Closed
V1
= Voltmeter 1
SC1
= Superkapasitor 1 (10 F)
SC2
= Superkapasitor 2(10 F)
SC3
= Superkapasitor 3(10 F)
SC4
= Superkapasitor 4(10 F)
NO
= Saklar Normally Open
A
= Amperemeter
V2
= Voltmeter 2
V3
= Voltmeter 3
52
Universitas Sumatera Utara
V4
= Voltmeter 4
V5
= Voltmeter 5
V6
= Voltmeter 6
R
= Tahanan (10 Ω)
Dari rangkaian ekuivalen untuk empat superkapasitor terhubung seri pada
Gambar 4.14, maka dapat dibuat rangkaian simulasi untuk empat superkapasitor.
Gambar dari rangkaian simulasi untuk pengujian empat superkapasitor tersusun seri
diperlihatkan pada Gambar 4.15.
Gambar 4.15 Rangkaian simulasi untuk empat superkapasitor tersusun seri
Pada Gambar 4.15 menampilkan rangkaian pengujian untuk empat
superkapasitor tersusun seri. Dimana prinsip pengerjaannya sama dengan pengujian
dua dan tiga superkapasitor tersusun seri, yang membedakan adalah susunan
superkapasitor yang diserikan menjadi empat buah. Hasil data simulasi untuk empat
superkapasitor terhubung seri diperlihatkan dalam Tabel 4.4.
53
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.4 Data Pengujian dari empat superkapasitor terhubung seri
Waktu (s)
0
3,16E-30
8,04E-04
0,004823
0,024918
0,125393
0,627771
3,139657
13,13966
14
14
24
34
44
54
64
74
84
94
104
114
124
134
144
154
164
174
184
194
204
214
224
234
244
254
264
274
284
294
304
314
324
334
344
354
364
374
V1 (V)
0
0,24
0,240804
0,244822
0,2649
0,36493
0,856487
3,131504
10,34823
10,88085
10,51468
7,628238
5,33935
3,613189
2,374576
1,524579
0,962091
0,599873
0,371042
0,228319
0,140036
0,085714
0,052398
0,032007
0,019542
0,011928
0,007279
0,004442
0,00271
0,001654
0,001009
0,000615
0,000376
0,000229
0,00014
8,53E-05
5,20E-05
3,17E-05
1,94E-05
1,18E-05
7,21E-06
4,40E-06
2,68E-06
1,64E-06
1,00E-06
6,11E-07
3,74E-07
V2 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091226
0,213979
0,780089
2,562104
2,693096
2,601552
1,891087
1,326193
0,898996
0,59166
0,380282
0,240162
0,149818
0,092696
0,057048
0,03499
0,021414
0,013087
0,00799
0,004874
0,00297
0,001808
0,001099
0,000666
0,000402
0,000241
0,000142
8,25E-05
4,59E-05
2,35E-05
9,90E-06
1,59E-06
-3,48E-06
-6,57E-06
-8,46E-06
-9,61E-06
-1,03E-05
-1,07E-05
-1,10E-05
-1,12E-05
-1,13E-05
-1,13E-05
V3 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091239
0,214265
0,785663
2,612014
2,74733
2,655786
1,923032
1,343482
0,907598
0,595628
0,382007
0,240884
0,150118
0,092826
0,057112
0,035028
0,021443
0,013112
0,008014
0,004897
0,002993
0,001831
0,001122
0,000689
0,000425
0,000264
0,000165
1,05E-04
6,87E-05
4,64E-05
3,27E-05
2,44E-05
1,93E-05
1,63E-05
1,44E-05
1,32E-05
1,25E-05
1,21E-05
1,18E-05
1,17E-05
1,16E-05
1,15E-05
V4 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091239
0,214265
0,785663
2,612014
2,74733
2,655786
1,923032
1,343482
0,907598
0,595628
0,382007
0,240884
0,150118
0,092826
0,057112
0,035028
0,021443
0,013112
0,008014
0,004897
0,002993
0,001831
0,001122
0,000689
0,000425
0,000264
0,000165
1,05E-04
6,87E-05
4,64E-05
3,27E-05
2,44E-05
1,93E-05
1,63E-05
1,44E-05
1,32E-05
1,25E-05
1,21E-05
1,18E-05
1,17E-05
1,16E-05
1,15E-05
V5 (V)
0
0,06
0,060201
0,061206
0,066225
0,091226
0,213979
0,780089
2,562104
2,693096
2,601552
1,891087
1,326193
0,898996
0,59166
0,380282
0,240162
0,149818
0,092696
0,057048
0,03499
0,021414
0,013087
0,00799
0,004874
0,00297
0,001808
0,001099
0,000666
0,000402
0,000241
0,000142
8,25E-05
4,59E-05
2,35E-05
9,90E-06
1,59E-06
-3,48E-06
-6,57E-06
-8,46E-06
-9,61E-06
-1,03E-05
-1,07E-05
-1,10E-05
-1,12E-05
-1,13E-05
-1,13E-05
V6 (V)
0
2,40E-08
2,41E-08
2,45E-08
2,65E-08
3,65E-08
8,56E-08
3,13E-07
1,03E-06
1,09E-06
10,51468
7,628238
5,33935
3,613189
2,374576
1,524579
0,962091
0,599873
0,371042
0,228319
0,140036
0,085714
0,052398
0,032007
0,019542
0,011928
0,007279
0,004442
0,00271
0,001654
0,001009
0,000615
0,000376
0,000229
0,00014
8,53E-05
5,20E-05
3,17E-05
1,94E-05
1,18E-05
7,21E-06
4,40E-06
2,68E-06
1,64E-06
1,00E-06
6,11E-07
3,74E-07
A
Kondisi
0
P
2,40E-09
E
2,41E-09
N
2,45E-09
G
2,65E-09
I
3,65E-09
S
8,56E-09
I
3,13E-08
A
1,03E-07
N
1,09E-07
1,051468
0,762823
0,533935
0,361318
0,237457
0,152457
0,096209
0,059987
0,037104
0,022831
0,014003
0,008571
0,005239
0,0032
P
0,001954
E
0,001192
N
0,000728
G
0,000444
O
S
0,000271
O
0,000165
N
0,000101
G
6,15E-05
A
3,76E-05
N
2,29E-05
1,4E-05
8,53E-06
5,20E-06
3,17E-06
1,94E-06
1,18E-06
7,21E-07
4,40E-07
2,68E-07
1,64E-07
1,00E-07
6,11E-08
3,74E-08
54
Universitas Sumatera Utara
Waktu (s)
384
394
404
414
424
434
444
454
464
474
484
494
500
V1 (V)
2,29E-07
1,40E-07
8,64E-08
5,35E-08
3,34E-08
2,12E-08
1,37E-08
9,13E-09
6,35E-09
4,66E-09
3,62E-09
2,99E-09
2,73E-09
V2 (V)
-1,13E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
Keterangan Tabel :
V3 (V)
1,15E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
V4 (V)
1,15E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
1,14E-05
V1
= Tegangan Total Superkapasitor
V2
= Tegangan Superkapasitor 1
V3
= Tegangan Superkapasitor 2
V4
= Tegangan Superkapasitor 3
V5
= Tegangan Superkapasitor 4
V6
= Tegangan Beban
A
= Arus Beban
V5 (V)
-1,13E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
-1,14E-05
V6 (V)
2,29E-07
1,40E-07
8,64E-08
5,35E-08
3,34E-08
2,12E-08
1,37E-08
9,13E-09
6,35E-09
4,66E-09
3,62E-09
2,99E-09
2,73E-09
A
2,29E-08
1,40E-08
8,64E-09
5,35E-09
3,34E-09
2,12E-09
1,37E-09
9,13E-10
6,35E-10
4,66E-10
3,62E-10
2,99E-10
2,73E-10
Grafik dari nilai Tegangan vs Waktu untuk nilai V1, V2, V3, V4, V5, dan
V6 pada pengujian empat superkapasitor yang tersusun seri diperlihatkan pada
Gambar 4.16.
Gambar 4.16 Grafik Tegangan vs Waktu untuk empat superkapasitor tersusun seri
55
Universitas Sumatera Utara
Kondisi
P
E
N
G
O
S
O
N
G
A
N
Untuk analisis data dari pengujian empat superkapasitor tersusun seri adalah
seperti berikut:
Untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V, nilai tegangan dari
superkapasitor harus melebihi atau menyamai dari tegangan baterai. Melalui
pengamatan langsung nilai tegangan 3.6 V pada empat superkapasitor tersusun seri
ialah pada detik ke-44.1, dan jika dihitung sejak mulai waktu pengosongan
superkapasitor maka 44.1-14 = 30.1 detik. Jadi 30.1 detik adalah waktu yang bisa
dilakukan superkapasitor untuk dapat menggantikan baterai sebesar 3.6 V.
Dapat terlihat pada Gambar 4.16 grafik tegangan vs waktu untuk pengisian
pada superkapasitor dimulai dari nol dan akan berlangsung terus hingga pada waktu
yang ditentukan. Nilai tegangan dari masing-masing superkapasitor sama nilainya
dengan nilai tegangan pada waktu pengisian satu superkapasitor. Nilai total
tegangan dari empat superkapasitor tersusun seri adalah jumlah dari nilai masingmasing superkapasitor, yaitu 10,935 V. Namun pada empat superkapasitor tersusun
seri ini tidak seperti pada satu atau dua superkapasitor yang tersusun seri, nilai
tegangan pada dua superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai yang lebih
besar dari dua superkapasitor lainnya, ini menunjukkan superkapasitor memiliki
penyaluran tegngan yang tidak merata pada masing-masing superkapasitornya.
Pada waktu pengosongan dari superkapasitor, nilai tegangan pada V1 sama
dengan nilai tegangan V6 dimana yang diukur adalah tegangan dari tahanan. Dan
untuk tiap-tiap superkapasitor, nilai tegangan pada waktu pengosongan lebih kecil
nilainya daripada nilai tegangan yang hanya menggunakan satu superkapasitor.
Pada empat superkapasitor tersusun seri ini nilai tegangan lebih cepat habis
daripada yang satu dan dua, serta tiga superkapasitor, dimana pada satu
56
Universitas Sumatera Utara
superkapasitor pada detik ke-500 nilai tegangan belum benar-benar habis, pada dua
superkapasitor tersusun seri, pada detik ke-284, dan pada tiga superkapasitor
tersusun seri, pada detik ke-204, Serta pada empat superkapasitor tersusun seri,
pada detik ke-164 nilai tegangannya hampir menyamai nilai tegangan dari satu
superkapasitor pada detik ke-500. Ini membuktikan bahwa semakin banyak
superkapasitor tersusun seri maka nilai tegangan pada waktu pengosongan akan
semakin lebih kecil dan lebih cepat habis daripada nilai tegangan pada satu
superkapasitor atau superkapasitor yang lebih sedikit tersusun seri.
Dan untuk mendapatkan nilai energi yang tersimpan pada superkapasitor,
digunakan Persamaan 2.4. Untuk menyelesaikan Persamaan 2.4 dibutuhkan nilai
tegangan puncak dari tiga superkapasitor tersusun seri yaitu sebesar 10,88 V dan
untuk mendapatkan nilai kapasitas dari dua superkapasitor tersusun seri digunakan
Persamaan 2.9.
1
1
=
=
1
+
1
+
1
+
1
1
1
1
1
+
+
+
10 10 10 10
=
Maka Persamaan 2.4 menjadi,
10
= 2.5
4
)=1 2
= 1 2 2.5 10.88
(
= 147.968
Nilai energi yang tersimpan pada empat superkapasitor tersusun seri yang
masing-masing besarnya 10 F, dengan arus pengisian 2 A, dan waktu pengisian 14
s adalah 147.968 Joule.
57
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN SAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun beberapa kesimpulan dari pembahasan pada Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut.
1. Berdasarkan pengujian dengan baterai 3.6 V dan 0.9 Ah didapatkan bahwa,
satu superkapasitor tidak dapat digunakan sebagai pengganti baterai.
Sementara untuk superkapasitor yang tersusun seri dapat menggantikan
baterai, untuk dua superkapasitor selama 23.5 detik, tiga superkapasitor 30.5
detik, dan empat superkapasitor selama 30.1 detik.
2. Semakin banyak superkapasitor yang tersusun seri, maka nilai tegangan
akan semakin bertambah. Namun juga akan semakin cepat mengalami
penurunan tegangan karena arus yang ditarik juga semakin besar.
3. Pada pengujian tiga dan empat superkapasitor yang tersusun seri, selama
waktu pengisian superkapasitor yang berada di tengah memiliki nilai
tegangan yang lebih besar dari superkapasitor yang berada di pinggir. Ini
membuktikan ada pembagian tegangan yang tidak merata di tiap
superkapasitor.
4. Energi yang tersimpan pada satu superkapasitor ialah 36.1805 J, pada dua
superkapasitor ialah 72.522 J, pada tiga superkapasitor 110.132 J, dan pada
empat superkapasitor ialah 147.968 J.
58
Universitas Sumatera Utara
5.2 Saran