BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangKebutuhan maupun konsumsi daya listrik sangat besar sedangkan sumber daya yang semakin lama semakin berkurang membuat banyaknya pusat pembangkit energi listrik yang diperoleh dengan merubah energi lain, secara langsung ataupun tidak langsung, secara konvensionil ataupun non konvensionil. Keandalan pembangkit merupakan salah satu elemen penting dalam perencanaan ekspansi pembangkit untuk memastikan kapasitas total pembangkit untuk menyediakan listrik saat dibutuhkan. Perencanaan ekspansi memanfaatkan indeks-indeks keandalan sebagai salah satu kriteria untuk menentukan investasi dalam pembangunan pembangkit baru. Penggunaan pembangkit energi listrik terbarukan sebagai suplai listrik mendapatkan perhatian beberapa tahun terakhir karena kenaikan harga bahan bakar fosil dan analisis dampak pada lingkungan. Tidak seperti pembangkit konvensional, energi terbarukan bersifat intermittent. Sistem penyimpanan energi seperti baterai sering digunakan untuk mengatasi masalah energi yang berfluktuasi. Baterai juga digunakan pada pembangkit pembangkit lisrik seperti pembangkit listrik tenaga surya. Baterai yang digunakan dalam hal ini bukanlah baterai baterai yang berukuran kecil melainkan accumulator.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apa fungsi baterai dalam pembangkit listrik ? 2. Apa saja baterai yang digunakan pada system pembangkit listrik ?

BAB IIPEMBAHASAN

Baterai adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Jenis sel baterai ini disebut juga Storage Battery, adalah suatu baterai yang dapat digunakan berulang kali pada keadaan sumber listrik arus bolak balik (AC) terganggu. Baterai berfungsi untuk penyimpan daya listrik sementara. Baterai mengalirkan arus searah (DC) dan memiliki banyak tipe. Baterai dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu baterai basah dan baterai kering atau dapat diisi ulang dan tak dapat diisi ulang. Baterai disebut juga elemen kering. Pada elemen kering, elektroda positif (kutub positif) berupa batang karbon dan pembungkus terbuat dari seng yang merupakan elektroda negatif (kutub negatif).

2.1 Sejarah BateraiBaterai telah ada lebih lama dari yang anda perkirakan. Pada tahun 1938, seorang arkeologis bernama Wilhelm Konig menemukan beberapa periuk tanah liat yang aneh saat dia menggali di Khujut Tabu, sedikit diluar Baghdad-Iraq. Periuk ini, yang panjangnya berukuran kira-kira 12.7 sentimer, mengandung batang besi yang terbungkus dengan tembaga dan berusia kira-kira 200 tahun SM. Hasil pengujian menunjukan periuk tersebut pernah diisi dengan zat asam seperti cuka. atau anggur, dan hal inilah yang menyebabkan Wilhelm Konig berpendapat bahwa periuk ini adalah baterai jaman kuno. Sejak penemuan ini, para peneliti telah membuat tiruan periuk tersebut, dan faktanya memang periuk tersebut dapat menghasilkan arus listrik. Baterai Baghdad ini barangkali pernah digunakan untuk ritual keagamaan, keperluan medis, atau bahkan pelapisan menggunakan listrik. Pada tahun 1799, seorang fisikawan Italia bernama Alessandro Volta membuat baterai pertamanya dengan cara menumpuk secara bergantian lapisan seng, karton yang direndam air garam, dan perak. Penumpukan ini, yang disebut tumpukan voltaik, bukan alat pertama yang menghasilkan listrik, namun alat ini adalah yang pertama yang menghasilkan arus yang stabil dan bertahan lama. Namun ada beberapa kekurangan dari penemuan Alessandro Volta ini. Tinggi tumpukan lapisan-lapisannya terbatas karena berat dari tumpukan tersebut dapat menekan air garam keluar dari karton. Piringan logamnya juga cenderung berkarat dengan cepat, dan memperpendek usia baterai. Walaupun dengan segala kelemahan ini, satuan unit kekuatan elektromotif saat ini disebut volt karena menghargai jasa dan pencapaian Alessandro Volta. Baterai Alessandro Volta. Terobosan selanjutnya dalam teknologi baterai datang pada tahun 186 saat ahli kimia bernama John Frederick Daniell menemukan sel Daniell. Baterai pada masa ini, lempengan tembaga ditempatkan pada dasar bejana kaca, dan cairan tembaga-sulfat dituangkan hingga memenuhi setengah bejana kaca. Lalu lempengan seng digantungkan pada bejana kaca tersebut, kemudian ditambahkan cairan seng-sulfat. Karena tembaga-sulfat lebih padat daripada seng-sulfat, cairan seng mengambang diatas cairan tembaga dan mengelilingi lempengan seng. Kabel disambubgkan pada lempengan seng melambangkan terminal negatif, lalu kabel satu lagidisambungkan pada lempengan tembaga dan menjadi terminal positif. Jelas sekali, pengaturan ini tidak akan berfungsi dengan benar pada sebuah senter, namun untuk perangkat tidak bergerak, baterai jenis ini dapat bekerja dengan baik. Bahkan sel Daniell adalah perangkat yang umum untuk menghidupkan bel pintu dan telepon pada masa itu sebelum perangkat penghasil listrik generasi selanjutnya disempurnakan. Pada tahun 1898, merek Colombia Dry Cell menjadi baterai pertama yang secara umum dijual di Amerika Serikat. Dan pembuatnya, National Carbon Company, yang dikemudian hari berganti menjadi Eveready Battery Company yang memproduksi baterai merek Energizer.

2.2 Bagian bagian Baterai

Keterangan gambar : 1. Plat/ Elektroda positif 2. Plat/ Elektroda negatif 3. Separator 4. Kontainer atau wadah 5. Kutub baterai 6. Lubang pengisian elektrolit

2.3 Prinsip Kerja Baterai1. Proses discharge pada sel berlangsung menurut skema gambar dibawah. Bila sel dihubungkan dengan beban maka electron mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negative mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda. 2. Pada proses pengisian menurut gambar di bawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dalam proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut : Aliran electron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supply ke katoda. Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda

Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adlah kebalikan dari saat pengosongan (discharging). Gambar Proses Pengosongan dan Pengisian Baterai

Banyak yang terjadi didalam sebuah baterai saat anda menghubungkannya dengan senter, remote control, atau perangkat yang membutuhkan tenaga baterai lainnya. Sementara proses pembangkitan listrik sedikit berbeda diantara banyak jenis baterai, namun cara kerja dasarnya tetap sama. Saat sebuah beban terhubungkan dengan baterai dan membuat sirkuit tertutup diantara kedua terminal baterai, baterai menghasilkan listrik melalui beberapa rangkaian reaksi elektrokimia diantara anoda, katoda dan elektrolit. Anoda mengalami reaksi oksidasi pada dua atau lebih. ionnya (atom atau molekul yang teraliri listrik) dari elektrolit yang menyatu dengan anoda, dan menghasilkan senyawa serta akan melepaskan satu atau lebih elektron-elektron. Pada saat yang sama, katoda melalui sebuah reaksi reduksi dimana pembentuk katoda, ion-ion dan elektron bebas juga menyatu dan membentuk senyawa. Barangkali langkah-langkah reaksi ini sedikit membingungkan, namum sebenarnya sangat sederhana: Reaksi yang dihasilkan anoda menghasilkan elektron-elektron, dan reaksi yang terjadi pada katoda menyerap elektron-elektron tersebut. Hasil dari perpaduan reaksi tersebut adalah tenaga listrik. Baterai akan terus menghasilkan listrik hingga salah satu atau kedua katoda kehabisan zat yang diperlukan agar terjadi reaksi kimia.2.4 Jenis jenis BateraiBahan elektrolit yang banyak dipergunakan pada baterai adalah jenis asam (lead acid) dan basa (alkali). Untuk itu dibawah ini akan di bahas kedua elektrolit tersebut.* Baterai Asam (Lead Acid Storage Battery)Baterai asam bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang (Sulfuric Acid = H2S04). Di dalam baterai asam, elektroda-elektrodanya terdiri dari plat-plat timah peroksida Pb02 (LeadPeroxide) sebagai anoda (kutub positif) clan timah murni Pb (Lead Sponge) sebagai katoda (kutub negatif). Ciri-ciri umum (tergantung pabrik pembuat) sebagai berikut :Tegangan nominal per sel 2 Volt Ukuran baterai per sel lebih besar bila dibandingkan dengan baterai alkali. Nilai berat jenis elektrolit sebanding dengan kapasitas baterai Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilaiberat jenis elektrolit, semakin tinggi suhu elektrolit semakin rendafi berat jenisnya dan sebaliknya. Nilai standar berat jenis elektrolit tergantung dari pabrik pembuatnya. Umur baterai tergantung padaoperasi dan pemeliharaan,biasanya dapat mencapai 10 -15 tahun, dengan syarat suhu baterai tidak lebih dari 200 C Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan pemeliharaan dari pabrik pembuat.

Prinsip Kerja Baterai Asam - Timah.Bila sel baterai tidak dibebani,maka setiap molekul cairan elektrolit Asam sulfat (H2S04 )dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrogen yang bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (SO4-) berikut ini merupakan proses kimia pengosongan dan pengisianProses pengosongan. Bila baterai dibebani, maka tiap ion negatif sulfat. (SO4-) akan bereaksi dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (Pb SO4) sambil melepaskan dua elektron. Sedangkan sepasang ion hidrogen (2H+) akan beraksi dengan plat timah peroksida (PbO2) sebagai anoda menjadi timahsulfat (Pb SO4) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom oksigen untuk membentuk air (H2O). Pengambilan dan pemberian elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara kutub-kutub sel baterai.Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan. Pb O2+ Pb + 2 H2SO4 Sebelum ProsesPb SO4+ Pb SO4+ 2 H2O Setelah Proses dimana : PbO2= Timah peroxida (katub positif / anoda) Pb = Timah murni (kutub negatif/katoda) 2H2SO4= Asam sulfat (elektrolit) Pb SO4= Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses pengosongan) H2O= Air yang terjadi setelah pengosongan Jadi pada proses pengosongan baterai akan terbentuk timah sulfat(PbSO4) pada kutub positif dan negatif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi timah,sehingga tegangan baterai antara kutub-kutubnya menjadi lemah.Proses Pengisian Proses ini adalah kebalikan dariproses pengosongan dimana arus listrik dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat pengosongan.Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen(2H+) yang dekat plat negative bersatu dengan ion negatif Sulfat(SO4--) pada plat negatif untuk membentuk Asam sulfat.Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada plat positif membentuk timah peroxida (Pb O2). Proses reaksi kima yang terjadi adalah sebagai berikut :PbSO4+ Pb SO4+ 2H2O ( Setelah pengosongan )PbO2+ Pb + 2H2SO4 ( Setelah pengisian )* Baterai AlkaliBaterai alkali bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (PotassiumHydroxide) yang terdiri dari:- Nickel-Iron Alkaline Battery (Ni-Fe battery ) Pengosongan : 2 Ni OOH + Fe + 2H2O Pengisian : 2Ni (OH)2+ Fe (OH)2 dimana : 2NiOOH = Incomplatenickelic hydroxide (Plat positif) Fe = Iron (Plat negatif) 2Ni (OH)2= Nickelous hydroxide (Plat positif) Fe (OH)2= Ferrous hydroxide (Platnegatif)- Nickel-Cadmium Alkaline Battery( Ni-Cd battery ) Pengosongan : 2 Ni OOH + Cd + 2H2O Pengisian : 2Ni (OH)2+ Cd (OH)2 dimana : 2NiOOH = Incomplatenickelic - hydroxide (Plat positif atau anoda) Cd = Cadmium (Plat negatif atau katoda) 2Ni (OH)2= Nickelous hydroxide (Plat positif) Cd (OH)2= Cadmium hydroxide (Plat negatif)

Pada umumnya yang banyak dipergunakan di instalasi unit pembangkit adalah baterai alkali-cadmium ( Ni-Cd). Prinsip Kerja Baterai AlkaliBaterai Alkali menggunakan potasium Hydroxide sebagai elektrolit, selama proses pengosongan (Discharging) dan pengisian (Charging) dari sel baterai alkali secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit. Fungsi utama cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai konduktor untuk memindahkan ion-ion hydroxidadari satu elektroda keelektroda lainnya tergantung pada prosesnya, pengosongan atau pengisian, sedangkan selama proses pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif pelat-pelat baterai akan berobah. Pada umumnya yang banyak dipergunakan di instalasi unit pembangkit adalah baterai alkali-cadmium ( Ni-Cd). 2.5 Penggunaan Baterai Aki Pada Pusat Pembangkit ListrikPusat listrik selalu memerlukan sumber arus searah, terutama untuk:a. Menjalankan motor pengisi (penegang) pegas PMT.b. Mentrip PMT apabila terjadi gangguan.c. Melayani keperluan alat-alat telekomunikasi.d. Memasok keperluan instalasi penerangan darurat.Baterai aki merupakan sumber arus searah yang digunakan dalam pusat listrik. Baterai aki harus selalu diisi melalui penyearah. Di bawah menunjukkan instalasi baterai dan pengisiannya.

Kutub negatif dari baterai sebaiknya ditanahkan untuk memudahkan deteksi gangguan hubung tanah pada instalasi arus searahnya. Ada 2 macam baterai aki yang dapat digunakan di pusat listrik, yaitu baterai asam dengan kutub timah hitam dan baterai basa yang menggunakan nikel cadmium (NiCd) sebagai kutub. Baterai asam timah hitam menggunakan plumbum oksida (PbO2) sebagai kutub positif dan sebagai kutub negatif adalah plumbum (Pb). Sedangkan sebagai elektrolit digunakan larutan asam sulfat (H2SO4). Baterai basa nikel cadmium menggunakan nikel oksihidrat (NiOH) sebagai kutub positif dan cadmium (Cd) sebagai kutub negatif. Sedangkan sebagai elektrolit digunakan larutan potas kostik (KOH).Untuk daerah panas dengan suhu di atas 250 C, baterai asam timah hitam lebih cocok daripada baterai basa nikel cadmium.Pemeliharaan baterai aki paling penting adalah:a) Pemantauan besarnya tegangan listrikb) Berat jenis elektrolitc) Kebersihan ruangan, dand) Ventilasi ruangan.

Perubahan Kimia Selama Pengisian dan Pemakaian Aki :

1. Perubahan kimia pada saat pelepasan muatan listrikAki memberikan aliran listrik jika dihubungkan dengan rangkaian luarmisalnya, lampu, radio dan lain-lain. Aliran listrik ini terjadi karena reaksi kimia dari asam sulfat dengan kedua material aktif dari plat positif dan plat negatif. Pada saat pelepasan muatan listrik terus menerus, elektrolit akan bertambah encer dan reaksi kimia akan terus berlangsung sampai seluruh bahan aktif pada permukaan plat positif dan negatif berubah menjadi timbal sulfat. Jika Aki tidak dapat lagi memberi aliran listrik pada tegangan tertentu, maka aki tersebut dalam keadaan lemah arus (soak).2. Perubahan kimia pada saat pengisian muatan listrikPada proses pengisian muatan listrik, kembali terjadi proses reaksi kimia yang berlawanan dengan reaksi kimia pada saat pelepasan muatan. Timbal peroksida terbentuk pada plat positif dan timbal berpori terbentuk pada plat negatif, sedangkan berat jenis elektrolit akan naik, karena air digunakan untuk membentuk asam sulfat. Aki kembali dalam kondisi bermuatan penuh.3. Penurunan berat jenis accu zuur selama pelepasan muatan listrikBerat jenis accu zuur akan turun sebanding dengan derajat pelepasan muatan, jadi jumlah energi listrik yang ada dapat ditentukan dengan mengukur berat jenis accu zuurnya, misalnya aki mempunyai berat jenis accu zuur 1.260 pada 20C, bermuatan listrik penuh, setelah melepaskan muatan listrik berat jenisnya 1.200 pada 20C, maka Aki masih mempunyai energi listrik sebesar 70%.

2.6 Baterai pada sistem tenaga suryaFungsi dari baterai adalah sebagai penyimpan energi. Pada saat panel surya berhenti bekerja akibat kekurangan sinar, baterai akan memberikan energinya ke beban listrik. Jenis baterai yang tersedia bermacam-macam. Yang paling umum digunakan adalah jenis asam timbal. Karena harganya yang paling murah, jenis ini umum ditemukan pada kendaraan bermotor. Kapasitas energi per kilogramnya relatif kecil. Baterai asam timbal terbagi dalam dua jenis yaitu Sealed atau biasa disebut dengan aki kering kadang juga disebutkan sebagai aki bebas perawatan dan Non-Sealed atau aki biasa. Perbedaan antara jenis Sealed dan Non-Sealed adalah adanya mekanisme pengembunan pada jenis Sealed untuk menjaga uap dari cairan elektrolit dalam baterai terbuang ke udara.Jenis baterai lainnya adalah Nikel Kadmium (NiCd), Nikel Mangaan Hidrida (NiMH), dan Lithium Ion (Li-Ion). Walaupun perawatannya cukup mudah dan energi per kilogramnya lebih besar, sehingga bentuknya lebih ringkas dan efektif untuk perangkat bergerak, tetapi harganya masih cukup mahal.Kemampuan dari suatu baterai ditentukan oleh kapasitasnya yang diukur dalam satuan Ampere/hour (Ah). Misal baterai dengan kapasitas 5 Ah maksimum dapat mengeluarkan arus sebesar 5 Ah selama satu jam. Berapa daya yang dapat dikeluarkan bisa dicari dari perkalian antara arus dan tegangan yang dikeluarkan, misal baterai di atas bertegangan 12 volt, maka daya yang dikeluarkan adalah 60 Watt/hour (Wh).Parameter berikutnya yang harus diketahui dalam operasional sebuah baterai adalah batasan daya yang boleh dikeluarkan dari baterai. Istilah teknis untuk parameter ini adalah Depth Of Discharge (DoD). Untuk baterai asam timbal, angka maksimumnya adalah 80%. Walaupun kurva tegangan baterai asam timbal relatif datar dan tidak curam pada bagian akhir, sebaiknya batasan tersebut tidak dilanggar untuk menjaga umur baterai.Pengisian dari suatu baterai juga harus diperhitungkan dalam operasional. Parameter ini diukur dalam satuan C dan merupakan angka relatif terhadap kapasitas. Misal baterai asam timbal mempunyai kecepatan pengisian 0.1 C, dengan asumsi tegangan pengisian sama dengan tegangan yang dikeluarkan oleh baterai, maka arus maksimum pengisian adalah 0,1 dari nilai Ah. Perlu diperhatikan untuk baterai asam timbal berjenis kering parameter pengisiannya hanya separuh dari yang berjenis basah.

BAB IIIPENUTUPBaterai aki merupakan sumber arus searah yang digunakan dalam suatu pusat pembangkit listrik. Pada pusat pembangkit listrik, sumber arus searah digunakan terutama untuk: Menjalankan motor pengisi (penegang) pegas PMT/CB. Men-trip-kan PMT apabila terjadi gangguan. Melayani peralatan komputer kontrol. Melayani keperluan alat-alat telekomunikasi. Memasok keperluan instalasi penerangan darurat. Melayani peralatan-peralatan motor listrik yang dianggap penting untuk beroperasi, walaupun terjadi kegagalan operasional, antara lain motor-motor untuk pelumasan, motor untuk rachet turbin, dan lain sebagainya.Baterai aki yang digunakan pada pusat pembangkit adalah baterai asam dengan kutub timah hitam dan baterai basa yang menggunakan nikel cadmium (NiCd) sebagai kutub. 9

Pelat ( + ) PBO2 Timbal Peroksida

Elektrolit2H2SO4Asam Sulfatdan Air

Pelat(-)Pb Timbalberpori

Pelat(+)PbSO4TimbalSulfat

Elektrolit2H2Oair

Pelat(-)PbSO4TimbalSulfat

+

+

+

-

Pemakaian

Pengisian

Kondisi Bermuatan penuh

Kondisi Terpakai Habis