PEMANFAATAN TEKNOLOGI HYBRID BERBASIS

ENERGI SURYA DAN ANGIN

MAKALAH

OLEH :

ETHELBERT DAVITSON PHANIAS

ACB 110 078

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

2014

ii

DAFTAR ISI

Daftar Isi ii

Daftar Gambar iv

Daftar Tabel v

Abstrak vi

Kata Pengantar vii

BAB I

Pendahuluan 1

1.1 Latar Belakang Masalah 1

1.2 Rumusan Masalah 6

1.3 Tujuan Penulisan 6

1.4 Batasan Masalah 6

1.5 Manfaat Penulisan 7

BAB II

Pembahasan 8

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya 8

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Angin 12

2.3 Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin 14

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Hibrid Berbasis

Energi Surya dan Angin 15

2.5 Pentingnya Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin 17

2.6 Mekanisme Kerja Dan Inovasi Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid Berbasis

Energi Surya Dan Angin 18

2.7 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Angin 19

2.8 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Surya 23

2.9 Baterai 24

2.10 Arsitektur Sistem Hybrid 25

BAB III

Penutup 19

iii

3.1 Kesimpulan 19

3.2 Saran 20

Daftar Pustaka 22

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya 8

Gambar 2.2

Pembangkit Listrik Tenaga Surya 9

Gambar 2.3 Turbin Angin Sumbu Vertikal 12

Gambar 2.4

Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid 14

Gambar 2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid 15

Gambar 2.6

Komponen sistem pembangkit energi angin 19

Gambar 2.7

Perubahan energi foton menjadi tegangan listrik pada sambungan p-n 23

Gambar 2.8

Arsitektur sistem pembangkit energi hybrid 25

Gambar 2.9

Diagram alir proses charge dan discharge baterai 27

v

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel kondisi angin 12

Tabel 2.2

Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah 13

vi

ABSTRAK

Penggunaan energi surya dan energi angin merupakan suatu terobosan baru

dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang hingga kini masih terus

dikembangkan untuk kebutuhan manusia. Selain memiliki ketersediaan sumber

energi yang melimpah, penggunaan teknologi solar panel ini juga ramah

terhadap lingkungan. Akan tetapi karena kondisi lingkungan yang tidak stabil

atau konsisten, maka alangkah baiknya jika langsung memanfaatkan kedua jenis

energi ini secara bersamaan. Penggunaan 2 energi secara bersamaan atau lebih

dikenal dengan teknologi hybrid. Teknologi hybrid bekerja pada saat panel sel

photovoltaic yang terbuat dari dua lapis silikon terkena sinar matahari, dua

lapisan silicon akan menghasilkan ion positif dan negative, dan listrikpun akan

tercipta. Listrik dari panel surya dan kincir angin itu masih berupa arus searah

(direct current, DC). Padahal alat rumah tangga membutuhkan listrik berarus

bolak-balik (alternatif current, AC). Untuk itulah dibutuhkan inverter,

pengubah arus DC menjadi AC 220 Volt.

Kata kunci : Hybrid, energi surya, energi angin, AC, DC, photovoltaic

vii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan Puji Syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa

yang telah melimpahkan rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga saya

mendapat kemampuan untuk menyelesaikan makalah ini dengan judul

“Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya Dan Angin” Ini Disusun

Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Seminar Fisika.

Ucapan terima kasih yang dalam tak terhingga saya sampaikan kepada

seluruh komponen yang memberikan bantuan kepada saya sehingga makalah ini

tersusun dengan baik. Ucapan terima kasih saya terutama disampaikan kepada :

1. Bapak DR. Andi Bustan, M.Si yang telah membimbing saya dalam

mata kuliah Seminar Fisika ini.

2. Keluarga dan teman-teman yang telah memberikan dukungan baik itu

berupa moril maupun materill.

Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada semua komponen yang

tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu saya dalam

menyelesaikan penyusunan makalah ini, mudah-mudahan Tuhan Yang Maha

Esa membalasnya dengan yang lebih baik.

Dalam penulisan makalah ini, saya sebagai penyusun tidak menutup

kemungkinan adanya kesalahan dan kekeliruan. Oleh sebab itu saya berharap

untuk diberi kritikan dan saran yang membangun agar makalah ini dapat lebih

bagus lagi kedepannya.

viii

Atas perhatian dan partisipasinya saya selaku penyusun makalah ini

mengucapkan banyak-banyak terima kasih. Semoga makalah ini dapat

bermanfaat dan berguna sehingga dapat menambah pengetahuan bagi kita

semua, khususnya bagi para penerus bangsa ini kedepannya.

Palangka Raya, Februari 2014

Ethelbert Davitson Phanias

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan isu yang sangat krusial bagi masyarakat dunia,

terutama semenjak terjadinya krisis minyak dunia pada awal dan akhir dekade

1970-an dan pada akhirnya ditutup dengan adanya krisis minyak yang terjadi

baru-baru ini, dimana harga minyak melambung sampai dengan lebih dari

$110/barel (IPB: 2011). Dengan kondisi tersebut, saat ini negara-negara di dunia

berlomba untuk mencari dan memanfaatkan sumber energi alternaif untuk

menjaga keamanan ketersediaan sumber energinya. Begitu juga Indonesia, untuk

menjaga ketahanan sumber energinya, maka dikeluarkan keputusan presiden RI

No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional, dimana salah satunya yaitu

penggunaan sumber energi yang dapat diperbaharui seperti biofuel, energi

matahari, energi angin, energi gelombang dan arus samudra, dan geotermal.

(Keppres No. 5 Tahun 2006)

Sektor energi adalah salah satu sektor terpenting di Indonesia karena

merupakan dasar bagi semua pembangunan lainnya. Ada banyak tantangan yang

terkait dengan energi, dan salah satu hal yang menjadi perhatian pemerintah

Indonesia adalah bagaimana memperluas jaringan listrik, terutama dengan

membangun infrastruktur pasokan listrik ke daerah perdesaan. Masih ada banyak

daerah perdesaan yang sering mengalami pemadaman listrik oleh karena

infrastruktur yang tidak memadai. Banyak tempat yang tidak memiliki akses

2

terhadap infrastruktur listrik, sehingga masyarakat menggunakan sumber-sumber

energi yang mahal dan tidak efisien, seperti lampu minyak tanah dan genset, atau

kayu untuk memasak.(Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012:7)

Saat ini kebutuhan energi, khususnya energi listrik (energi listrik adalah

energi yang mudah dikonversikan ke dalam bentuk energi yang lain) terus

meningkat dengan pesat, bahkan di luar estimasi yang diperkirakan. Sehingga,

kebutuhan manusia juga turut meningkat sehingga eksploitasi terhadap sumber-

sumber energi berbasis fosil, seperti minyak bumi, batu bara, dan lain-lain terus-

menerus dilakukan demi kelangsungan aktivitas-aktivitas hidup umat manusia.

Sedangkan kita ketahui bahwa sumber-sumber energi berbasis fosil ini termasuk

dalam kelompok sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui,

ketersediaannya semakin berkurang, sehingga cepat atau lambat akan habis pada

suatu masa.

Keterbatasan cadangan energi berbasis fosil ini menuntut pemerintah

untuk segera melakukan pemanfaatan energi alternatif yang dari berbagai sumber

energi lain yang berlimpah, yang sebagian di antaranya dapat diperoleh secara

langsung dan cuma-cuma oleh masyarakat, misalnya yaitu energi surya dan

energi angin. Dewasa ini kebutuhan akan pemanfaatkan sumber energi listrik

terbarukan semakin meningkat dengan adanya krisis energi dan juga adanya isu

pemanasan global. Berbagai macam sumber energi terbarukan telah

dikembangkan para peneliti, seperti pembangkit listrik energi angin, air, surya,

pasang air laut, biomasa, biofuel, panas bumi. Sumber energi angin dan surya

merupakan sumber energi terbarukan yang cukup popular yang bersih dan

3

tersedia secara bebas (free). Energi terbarukan adalah sumber-sumber energi yang

bisa habis secara alamiah. Energi terbarukan berasal dari elemen-elemen alam

yang tersedia di bumi dalam jumlah besar, misal: matahari, angin, sungai,

tumbuhan dsb. Energi terbarukan merupakan sumber energi paling bersih yang

tersedia di planet ini. Ada beragam jenis energi terbarukan, namun tidak

semuanya bisa digunakan di seluruh wilayah Indonesia. Tenaga Surya, Tenaga

Angin, Biomassa dan Tenaga Air adalah teknologi yang paling sesuai untuk

menyediakan energi di daerah-daerah terpencil dan perdesaan. Energi terbarukan

lainnya termasuk Panas Bumi dan Energi Pasang Surut adalah teknologi yang

tidak bisa dilakukan di semua tempat. Indonesia memiliki sumber panas bumi

yang melimpah; yakni sekitar 40% dari sumber total dunia. Akan tetapi sumber-

sumber ini berada di tempat-tempat yang spesifik dan tidak tersebar luas.

Teknologi energi terbarukan lainnya adalah tenaga ombak, yang masih dalam

tahap pengembangan. (Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012:10)

Sumber energi yang berjumlah besar atau bersifat kontinyu terbesar yang

tersedia bagi umat manusia adalah energi surya, khususnya energi

elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Semenara energi surya belum

dipakai sebagai sumber primer energi bahan bakar untuk saat ini. Penelitian dan

pengembangan besar-besaran sedang dijalankan untuk mencari suatu system yang

ekonomis untuk memanfaatkan energi surya ini sebagai suatu sumber utama

bahan bakar. Energi surya adalah sangat luar biasa karena tidak bersifat polutif,

tak dapat habis. Kejelekan dari energi surya ini adalah sangat halus dan tidak

konstan. Arus energi surya yang rendah mengakibatkan dipakainya sistem dan

4

kolektor yang luas permukaannya besar untuk mengumpul dan

mengkonsentrasikan energi itu. Sistem kolektor ini berharga cukup mahal dan ada

masalah lagi bahwa sistem-sistem di bumi tidak dapat diharapkan akan menerima

persediaan terus menerus dari energi surya ini. Hal ini berarti diperlukan

semacam system penyimpanan energi atau konversi lain diperlukan untuk

menyimpan energi pada malam hari serta pada saat cuaca mendung.(ITB, Energi

Angin 2009:11)

Tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung

menjadi panas atau energi listrik untuk keperluan rumah tangga, industri, bahkan

transportasi. Tipe tenaga matahari yaitu photovoltaic (photo=cahaya,

voltaic=tegangan) yang memberdayakan pembangkit listrik dari cahaya.

Teknologinya yaitu dengan penggunaan bahan semi konduktor disesuaikan untuk

melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang membentuk dasar listrik.

Masalah utama dari kedua jenis energi tersebut adalah tidak tersedia terus

menerus. (Soetedjo et al 2006:1)

Dalam realitas, tenaga angin adalah sekedar bentuk tenaga surya yang

dikonversi. Radiasi matahari memanas di berbagai tempat di bumi dengan

kecepatan yang berbeda pada siang dan malam hari. Hal ini menyebabkan

berbagai bagian atmosfer memanas dalam waktu yang berbeda. Udara panas

menaik, dan udara yang lebih sejuk tertarik untuk menggantikannya. Inilah yang

menyebabkan terjadinya angin. Jadi angin, yang disebabkan oleh gerakan

molekul udara di atmosfer, berasal dari energi matahari. Semua benda statis

termasuk molekul udara menyimpan energi laten yang disebut dengan energi

5

potensial. Pada saat molekul udara mulai bergerak, maka energi potensialnya

dikonversi menjadi energi kinetik (energi gerakan) sebagai akibat dari kecepatan

molekul udara. Mesin energi angin, yang dinamakan turbin angin, menggunakan

energi kinetik angin dan mengkonversinya menjadi energi mekanis atau listrik

yang bisa dimanfaatkan untuk berbagai tujuan praktis. Angin bertiup di atas

sayap juga disebut bilah atau aerofoil dari turbin angin, yang menyebabkan

berputar cepat. Turbin angin menggunakan gerakan rotasi untuk membangkitkan

listrik atau menjalankan peralatan mesin seperti pompa.

Energi surya hanya tersedia pada siang hari ketika cuaca cerah (tidak

mendung atau hujan). Sedangkan energi angin tersedia pada waktu yang

seringkali tidak dapat diprediksi dan sangat berfluktuasi tergantung cuaca atau

musim. Sistem pembangkit energi hibrid adalah sistem yang menggabungkan

beberapa sumber energi untuk memasok energi listrik ke beban. Tujuan utama

sistem hibrid adalah memaksmimalkan energi dengan harga murah, bebas polusi,

kualitas daya yang bagus, dan energi yang berkesinambungan. Dengan

pemanfaatan teknologi berbasis hybrid ini tentu bisa meningkatkan produksi

energi dan tentu listrik dari sistem ini dan akan menurunkan resiko kekurangan

energi, sehingga dapat menghemat konsumsi bahan bakar solar dan mengurangi

dampak lingkungan yang ditimbulkannya. Dimana teknologi hibrid ini adalah

konsep penggabungan dua atau lebih sumber energi untuk tercapainya sebuah

efisiensi dalam berbagai hal dan tentunya tidak akan menimbulkan polusi dampak

lingkungan yang berbahaya bagi masyarakat. (Rosyid 2010:2)

6

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:

1.2.1 Apa kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis

energi surya dan angin jika dibandingkan dengan pembangkit listrik

hanya berbasis salah satu dari energi surya atau angin?

1.2.2 Mengapa pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis energi surya dan angin

menjadi sangat penting?

1.2.3 Bagaimanakah mekanisme kerja dan inovasi pembangkit listrik tenaga

hibrid berbasis energi surya dan angin?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini, yaitu untuk :

1.3.1 Mengetahui kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga hibrid

berbasis energi surya dan angin jika dibandingkan dengan pembangkit

listrik hanya berbasis salah satu dari energi surya atau angin.

1.3.2 Memahami pentingnya pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis energi

surya dan angin.

1.3.3 Mengetahui mekanisme kerja dan inovasi pembangkit listrik tenaga hibrid

berbasis energi surya dan angin.

1.4 Batasan Masalah

Agar tidak terjadi salah penafsiran dan tidak terjadi perluasan masalah

maka makalah ini dibatasi hanya pada lingkup energi surya dan angin.

7

1.5 Manfaat Penulisan

Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah :

1.5.1 Memberi pengetahuan kepada pembaca mengenai pembangkit listrik

tenaga hibrid berbasis energi surya dan angin.

1.5.2 Membuat pembaca agar lebih peduli lagi tentang lingkungannya dan dapat

menggunakan energi dengan sebaik mungkin.

8

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Energi surya merupakan sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui

dan ketersediaannya berlimpah di dunia ini. Teknologi berbasis energi surya

adalah teknologi yang memanfaatkan sumber energi surya/matahari untuk

menghasilkan panas, cahaya bahkan listrik. Sumber energi alternatif yang

diharapkan oleh masyarakat tidak hanya bersifat renewable dan mudah dikonversi

menjadi energi listrik, tetapi juga ramah lingkungan. Beberapa kalangan menilai

bahwa energi yang paling sesuai adalah energi surya.

Gambar 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

9

Potensi tenaga surya Indonesia secara umum ada pada tingkat satisfy

(cukup). Hal ini tentunya dapat menjadi salah satu patokan kita dalam menyusun

perencanaan energi di masa depan. Selain itu potensi ini setidaknya dapat

menjadi penyejuk di tengah panasnya isu krisis listrik yang selama ini

menghantui Indonesia. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh

permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 1024

joule

pertahun, energi ini setara dengan 2 x 1017

Watt. Jumlah energi sebesar itu setara

dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain,

dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang

memiliki efisiensi 10 % sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di

seluruh dunia saat ini. (Ristek.2012)

Gambar 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya

10

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang

terdiri dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana dalam hadirnya

cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini

disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal

sebagai photovoltaics.

Cell photovoltaic merupakan suatu peralatan non mekanik yang saat ini

umumnya terbuat dari campuran silicon. Penggunaan energi matahari untuk

menjadi tenaga listrik dewasa ini telah menjadi suatu trend teknologi dan

penelitian yang sangat populer di dunia. Upaya penggunaan tenaga matahari ini

hingga kini masih terus dalam tahap pengembangan. Namun demikian dengan

terus melonjaknya harga minyak maka insentif untuk mengembangkan

photovoltaics menjadi semakin tinggi. Saat ini komersialisasi teknologi energi

matahari sudah meluas.

Tenaga matahari dapat diubah menjadi tenaga listrik dengan dua cara

Photovoltaic (PV device) atau Solar Cell, yaitu mengubah cahaya matahari

langsung menjadi listrik. Cara ini umumnya digunakan di daerah terpencil

yang belum ada jaringan listrik konvensional. Penggunaan photovolaic banyak

digunakan untuk kalkulator, jam tangan, rambu-rambu jalan, lampu

penerangan taman, dsb.

Solar Power Plants, sistem ini tidak secara langsung menghasilkan listrik

yaitu panas yang dihasilkan alat pengumpul panas matahari digunakan untuk

memanaskan suatu cairan sehingga menghasilkan tenaga uap untuk tenaga

generator. (Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012: 35)

11

Semua teknologi berbasis semi-konduktor bekerja dengan prinsip yang

sama, foton dari sinar matahari menerpa elektron di dalam sel PV sehingga

memberikan energi yang cukup bagi sebagian elektron untuk berpindah dari

junction semi-konduktor dan menimbulkan tekanan listrik. Alasan untuk tekanan

ini adalah bahwa ada ketidakseimbangan listrik, terlalu banyak elektron

(bermuatan negatif) pada satu sisi junction, dan terdapat terlalu banyak muatan

positif di sisi lainnya. Pada saat elektron mengalir dari tempat dengan terlalu

banyak elektron ke tempat dengan terlaku sedikit elektron, maka tekanan akan

berkurang. Hal ini terjadi ketika ada interkoneksi di antara sel. Pada saat sel

saling dihubungkan, maka terciptalah modul. Modul surya menghasilkan Arus

Searah (DC) yang berarti arus satu arah. Ini berlaku sama pada batrei. Kebalikan

dari Arus Searah adalah Arus Bolak-Balik (AC). Sumber Arus Bolak-Balik

secara teratur membalikkan Polaritas, jika peralatan di rumah atau bangunan

memerlukan Arus Bolak-Balik (AC) untuk mengoperasikannya, maka Arus

Searah (DC) dari modul PV harus diubah menjadi Arus Bolak-Balik (AC). Hal

ini bisa dilakukan menggunakan inverter. (Program Nasional Pemberdayaan

Masyarakat 2012:29-33)

Lebih mudahnya menerangkan cara kerja panel surya photovoltaic yaitu

foton dari cahaya matahari menabrak elektron menjadi suatu energi yang lebih

tinggi sehingga terjadi listrik. Istilah photovoltaic menjelaskan mode operasi

suatu photodiode dimana arus yang melalui device selururuhnya terjadi karena

adanya perubahan induksi tenaga cahaya. Hampir semua peralatan photovoltaic

adalah berupa photodiode.

12

2.2 Pembangkit listrik Tenaga Angin

Energi angin adalah sama halnya dengan energi surya, yaitu merupakan

salah satu dari energi alternatif non fosil yang bersifat renewable dimana

ketersediaannya di alam ini sangat berlimpah. Teknologi berbasis energi angin

adalah teknologi yang memanfaatkan sumber energi angin. Angin disebabkan

oleh pemanasan sinar matahari yang tidak merata di atas permukaan bumi. Udara

yang lebih panas akan mengembang menjadi ringan dan bergerak naik ke atas,

sedangkan udara yang lebih dingin akan lebih berat dan bergerak menempati

daerah tersebut. Perbedaan tekanan atmosfer pada suatu daerah yang disebabkan

oleh perbedaan temperatur akan menghasilkan sebuah gaya.

Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk

menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel.2.1 Tabel kondisi angin yang ideal sebagai pembangkit listrik tenaga angin

13

Tabel.2.2.Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum

energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.

Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi mekanik, seperti pada

penggilingan biji, ataupun untuk memompa air. Pada perkembangannya, energi

angin dikonversikan menjadi energi mekanik, dan dikonversikan kembali

menjadi energi listrik. Dalam bentuknya sebagai energi listrik, maka energi dapat

ditransmisikan dan dapat digunakan untuk mencatu peralatan-peralatan

elektronik. Turbin Angin adalah kincir angin yang digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik.

14

Gambar 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan

para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin

angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa

lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari

angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk

memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.

2.3 Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin

Hibrid sistem atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid yang disingkat

PLTH adalah gabungan atau integrasi antara dua atau lebih pembangkit listrik

dengan sumber energi yang berbeda. Energi listrik hibrid sangat cocok untuk di

pasang di beberapa wilayah pesisir kawasan Indonesia. Pembangkit listrik ini

15

merupakan sumber energi terbarukan yang paling relevan untuk dikembangkan di

Indonesia dikarenakan potensi energi surya di Indonesia sangat tinggi, dengan

intensitas radiasi rata-rata 4-5kWh/m2.

Keuntungan dari teknologi hibrid berbabasis energi surya dan energi

angin ini sangat terasa penting saat ketika dalam keadaan yang tidak menentu,

misalkan pada saat hujan berangin. Meskipun sel surya tidak dapat berfungsi

tetapi kincir angin masih dapat berfungsi untuk menghasilkan energi listrik,

begitu pula sebaliknya. Namun, jika hanya berbasis satu energi akan mengalami

gangguan ketika cuaca tidak sesuai dengan teknologi energi yang digunakan.

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Hibrid Berbasis Energi Surya

dan Angin

Apabila dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga angin saja

maupun tenaga matahari saja, teknologi hibrida ini jelas lebih tinggi karena tak

sepenuhnya bergantung pada matahari. Maka, bila langit mendung atau malam

tiba dan matahari lenyap, pembangkit listrik akan digerakkan oleh kincir angin

jadi listrikpun tetap mengalir.

Sebaliknya, ketika angin sedang loyo berhembus, panel-panel sel surya

penangkap sinar matahari bisa terus memasok listrik. Pembangkit listrik ini cocok

untuk daerah yang cuacanya sering berubah-ubah seperti di pesisir pantai.

Pembangkit listrik tenaga angin (PLTA) dikombinasikan dengan pembangkit

listrik tenaga surya (PLTS) atau yang disebut hibrida lebih unggul, karena

pembangkit listrik hibrida ini dapat memanfaatkan sinar matahari pada saat

16

kecepatan angin rendah dan sebaliknya memanfaatkan energi angin pada saat

mendung. (Aji, Anugrah Krisna. 2012)

Gambar 2.4 Pembangit Listrik Tenaga Hybrid

Gambar 2.5 Pembangit Listrik Tenaga Hybrid

17

Namun kekurangannnya yaitu teknologi hibrid berbasis energi surya dan

angin ini hanya dapat digunakan di daerah tertentu karena tetap juga bergantung

pada angin. Agar pada saat matahari tidak memancarkan energinya alat ini masih

dapat dipergunakan dengan memanfaatkan tenaga angin. Karena tidak semua

daerah memiliki kecepatan angin yang cukup untuk menggerakan kincir angin

tersebut agar listrik tetap dapat mengalir.

Kecepatan angin di daratan Indonesia rata-rata kurang dari 5 m/s (Suharta,

2007). Sayangnya kebanyakan turbin angin yang ada di pasaran adalah didesain

untuk kecepatan angin yang tinggi, yang biasanya cocok untuk negara-negara

sub-tropis di Eropa dan Amerika. Oleh karena itu untuk memanfaatkan energi

angin di Indonesia lebih efektif diperlukan usaha yang lebih jeli lagi.

2.5 Pentingnya Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin

Dapat kita bayangkan betapa pentingnya pembangkit listrik berbasis

energi surya dan angin ini. Karena listrik mendukung hampir seluruh aktivitas

dan kebutuhan rumah tangga umat manusia. Tentu saja alat ini sangat penting dan

sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Apalagi di tengah ancaman krisis

energi berkepanjangan serta pemanasan global di dunia, khususnya di Indonesia.

Kita tidak bisa mengeksploitasi sumber energi berbasis fosil terus-

menerus demi melangsungkan kehidupan. Tapi kita juga harus memperhatikan

dampaknya terhadap lingkungan. Listrik bertenaga surya dan angin ini sangat

bagus untuk menjadi solusi kebutuhan rumah tangga. Di samping ramah

lingkungan, kebutuhan rumah tangga akan listrik tetap dapat terpenuhi.

18

2.6 Mekanisme Kerja Dan Inovasi Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid

Berbasis Energi Surya Dan Angin.

Saat angin bertiup, bilah-bilah kincir akan bergerak memutar dinamo

(dynamo) yang membangkitkan arus listrik. Listrik ini kemudian disalurkan ke

bagian penyimpanan yang berupa sejumlah aki mobil. Pada saat yang sama,

ketika matahari bersinar panel sel surya akan menangkap sinar untuk diubah juga

menjadi listrik. Panel ini berisi sel photovoltaic yang terbuat dari dua lapis

silicon. Ketika terkena sinar matahari, dua lapisan silicon akan menghasilkan ion

positif dan negative, dan listrikpun akan tercipta. Listrik dari panel surya dan

kincir angin itu masih berupa arus searah (direct current, DC). Padahal alat rumah

tangga seperti televisi, radio, kulkas dan lain-lain, membutuhkan listrik berarus

bolak-balik (alternating current, AC). Untuk itulah dibutuhkan inverter, pengubah

arus DC menjadi AC 220 Volt. Pembangkit listrik ini bisa menghasilkan daya 50

kilowatt atau cukup untuk 600 kepala keluarga, dengan masing-smasing keluarga

memakai daya listrik 450 watt.Inovasi dari listrik teknologi hibrid berbasis energi

surya dan angin ini yang penulis ketahui yaitu dapat diaplikasikan pada lampu-

lampu penerang jalan.

Energi Hijau Perkotaan membawa keindahan dan keberlanjutan untuk

lampu jalan. Angin hibrida gaya dan lampu bertenaga surya jalan konsep diri

didukung oleh energi terbarukan. Ini terdiri dari turbin angin ditempatkan tepat di

atas solar array. Kedua sumber-sumber energi bersih menghasilkan hingga 380

W. Energi menghasilkan disimpan dalam baterai yang membantu dalam

menerangi lampu LED di malam hari.

19

2.7 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Angin

Pembangkit energi angin mengubah energi kinetik yang dihasilkan angin

menjadi energi listrik. Komponen utama pembangkit energi angin adalah turbin

angin (wind turbine), unit generator listrik (electrical generation unit) dan

pengendali (controller) seperti terlihat pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Komponen sistem pembangkit energi angin

Energi yang dihasilkan oleh turbin angin dinyatakan sebagai berikut

Energi kinetik yang dihasilkan oleh benda yang bergerak adalah:

=

dimana m adalah massa udara yang mengenai turbin angin, dan v adalah

kecepatan angin. Massa m tersebut dapat diturunkan dari persamaan berikut

20

dimana adalah densitas udara, A adalah luas daerah yang menyapu turbin

angin, dan d adalah jarak yang ditempuh angin. Daya yang dihasilkan oleh turbin

angin (Pw) merupakan energi kinetik per detik yang dinyatakan oleh

=

Energi aktual yang diserap turbin angin tergantung dari efisiensi turbin

angin yang dinyatakan dalam Cp ( yang merupakan fungsi dari

(perbandingan kecepatan ujung: tip speed ratio) dan (sudut angguk: pitch

angle). Sudut angguk adalah sudut antara bilah turbin dengan sumbu

longitudinal (horisontal). Sedangkan perbandingan kecepatan ujung

didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan rotor turbin dengan

kecepatan angin, yang dinyatakan oleh persamaan

dimana adalah kecepatan sudut turbin angin, dan R adalah jari-jari turbin

angin. Sehingga daya aktual yang diserap turbin angin dinyatakan oleh

(

Dengan menggunakan persamaan diatas, maka torsi yang didefinisikan sebagai

daya dibagi kecepatan sudut putaran dapat dinyatakan sebagai

(

Dimana ( = ( /λ adalah koefisien torsi dari turbin angin.

21

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya

sebesar 20%-30%. Jadi rumus daya diatas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3

untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari turbin angin

adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir,

lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan

menghasilkan listrik.

Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam sub-

sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :

1. Gearbox Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir

menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.

2. Brake System Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah

gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat

ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam

pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik

maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan.

Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup

cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini

dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih

diantaranya: overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus,

karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

3. Generator Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan

sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi

energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori

22

medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja

generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik

permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk

fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika

poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada

stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan

tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang

dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya

digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan

oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk

gelombang kurang lebih sinusoidal.

4. Penyimpan energi Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin

(tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik

pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang

berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya

listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah

sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak

dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi

yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin

berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun.

Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat

penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi

sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil

23

memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65

Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5

jam pada daya 780 watt.

5. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu

daya DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan

dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena

itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.

2.8 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Surya

Komponen utama pembangkit energi surya adalah sel fotovoltaik (PV)

yang dapat mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik. Efek

fotovoltaik ditemukan pada tahun 1839 oleh Becquerel dan sel surya pertama kali

dibuat oleh Laboratorium Bell pada tahun 1954. Gambar 2.7 memperlihatkan

ilustrasi efek fotovoltaik yang mengubah energi foton menjadi listrik

Gambar 2.7 Perubahan energi foton menjadi tegangan listrik

pada sambungan p-n

24

2.9 Baterai

Baterai merupakan piranti penyimpan energi dalam bentuk elektrokimia

yang banyak digunakan untuk menyimpan energi untuk berbagai aplikasi.

Terdapat dua jenis baterai [10], yaitu:

a) Baterai primer, yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Reaksi elektrokimia yang terjadi bersifat non-reversible (tidak dapat

balik). Sehingga setelah digunakan, baterai ini harus dibuang.

b) Baterai sekunder atau dikenal dengan baterai rechargeable (bisa diisi

ulang). Reaksi elektrokimia yang terjadi bersifat reversible (dapat

balik). Sehingga setelah digunakan, baterai ini dapat diisi (charging)

dengan memberikan arus listrik dari luar. Bateri jenis ini mengubah

energi kimia menjadi energi listrik (pada saat digunakan), dan

mengubah energi listrik menjadi kimia (pada saat diisi). Baterai

rechargeable ini terdiri dari: leadacid (Pb-acid), nickel-cadmium

(NiCd), nickel-metal hydride (NiMH), lithium-ion (Li-ion), lithium-

polymer (Li-poly), zinc-air. Baterai lead-acid merupakan jenis baterai

yang paling umum digunakan karena teknologi yang cukup mapan

dan unjuk kerja yang tinggi terhadap harga, serta mempunyai

kerapatan energi yang paling kecil terhadap berat dan isi. Baterai tipe

shallow-cycle digunakan pada kendaraan dimana diperlukan energi

awal untuk menghidupkan mesin. Sedangkan untuk penyimpanan

energi, seperti dalam sistem pembangkit energi hibrid, digunakan tipe

deep-cycle.

25

2.10 Arsitektur Sistem Hybrid

Sistem pembangkit energi hibrid adalah sistem yang menggabungkan

beberapa sumber energi untuk memasok energi listrik ke beban. Tujuan utama

sistem hibrid adalah memaksmimalkan energi dengan harga murah, bebas polusi,

kualitas daya yang bagus, dan energi yang berkesinambungan. Karena

karakteristik dari masing-masing pembangkit yang berbeda-beda, menyebabkan

beberapa variasi dalam arsitektur sistem hibrid seperti diperlihatkan pada gambar

2.8

Gambar 2.8 Arsitektur sistem pembangkit energi hybrid

26

Pada gambar 2.8 (a), dilakukan sentralisasi bus-AC dimana semua

pembangkit (angin, surya,) dan baterai dihubungkan ke bus-AC utama sebelum

disalurkan ke beban (grid). Arsitektur ini disebut sebagai arsitektur terpusat AC,

karena daya yang dihasilkan oleh semua pembangkit dihubungkan ke beban

melalui satu titik. Karena keluaran PV dan baterai adalah tegangan DC, maka

diperlukan inverter untuk mengubah tegangan DC ke AC.

Pada gambar 2.8 (b), pembangkit dihubungkan ke beban secara

desentralisasi, yaitu masingmasing pembangkit langsung dihubungkan ke beban

dan tidak perlu dihubungkan ke satu bus-AC. Kelemahan dari sistem ini adalah

kesulitan untuk mengendalikan sistem jika pembangkit diesel pada kondisi mati.

Pada gambar 2.8 (c), pembangkit terhubung ke beban secara terpusat

menggunakan bus-DC. Dengan arsitektur ini, tegangan AC yang dihasilkan oleh

pembangit energi angin dan diesel harus diubah menjadi tegangan searah.

Selanjutnya inverter DC-AC digunakan untuk mengubah tegangan DC pada bus

menjadi tegangan AC pada beban. Keutungan dari sistem ini adalah tidak

diperlukan kendali frekuensi dan tegangan pada bus dan memungkinkan

penggunaan variable speed generator dalam sistem. Sedangkan kelemahan dari

sistem ini adalah adanya dua proses perubahan tegangan AC ke DC, lalu ke AC

lagi, sehingga akan berpengaruh pada efisiensi sistem.

Sistem hibrid yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari pembangkit

energi angin, surya dan baterai, dan menggunakan arsitektur seperti pada gambar

2.8 (c). Pengendali yang dirancang dititik beratkan untuk mengatur proses

27

pengisian (charge) dan pemakaian (discharge) baterai. Algoritma proses ini

digambarkan dengan diagram alir pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Diagram alir proses charge dan discharge baterai

28

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari isi makalah ini penulis menyimpulkan :

3.1.1 Teknologi hibrid berbasis energi surya dan angin merupan teknologi yang

menggunakan energi surya dan energi angin sekaligus sebagai sumber

energinya untuk mencapai efisiensi penggunaan sumber energi itu sendiri.

Jika teknologi hibrid berbasis energi surya dan angin dibandingkan

dengan teknologi berbasis hanya salah satu dari energi surya atau angin,

teknologi hibrid energi surya dan angin ini memiliki kelebihan dan

kekurangan, yaitu

3.1.1.1 Kelebihan : Pembangkit listrik hibrid berbasis energi surya dan

angin tak sepenuhnya bergantung pada matahari. Maka, bila langit

mendung atau malam tiba dan matahari lenyap, pembangkit listrik

akan digerakkan oleh kincir angin jadi listrikpun tetap

mengalir.Sebaliknya, ketika angin sedang loyo berhembus, panel-

panel sel surya penangkap sinar matahari bisa terus memasok

listrik.

3.1.1.2 Kekurangan : kekurangannnya yaitu teknologi hybrid berbasis

energi surya dan angin ini hanya dapat digunakan di daerah

tertentu karena tetap juga bergantung pada angin. Agar pada saat

29

matahari tidak memancarkan energinya alat ini masih dapat

dipergunakan dengan memanfaatkan tenaga angin. Karena tidak

semua daerah memiliki kecepatan angin yang cukup untuk

menggerakan kincir angin tersebut agar listrik tetap dapat

mengalir.

3.1.2 Keuntungan dari teknologi hibrid berbabasis energi surya dan energi angin

adalah :

a) Misalkan pada saat hujan berangin, meskipun sel surya tidak dapat

berfungsi tetapi kincir angin masih dapat berfungsi untuk

menghasilkan energi listrik.

b) Pada saat musim panas, meskipun kincir angin tidak berfungsi

tetapi sel surya masih dapat berfungsi untuk menghasilkan listrik.

3.1.3 Mekanisme kerja dari teknologi hybrid berbasis energi surya dang angin

adalah, saat angin bertiup bilah-bilah kincir akan bergerak memutar

dinamo (dynamo) yang membangkitkan arus listrik. Listrik ini kemudian

disalurkan ke bagian penyimpanan yang berupa sejumlah aki mobil. Pada

saat yang sama, ketika matahari bersinar panel sel surya akan menangkap

sinar untuk diubah juga menjadi listrik.

3.2 Saran

Pada makalah ini penulis memberikan saran, sebagai berikut:

3.2.1 Untuk meningkatkan efisiensi dan mengoptimalkan sinar matahari

diperlukan alat yang mampu mengikuti pergeseran matahari agar posisi

30

modul sel surya selalu tegak lurus atau bersudut sembilan puluh derajat

terhadap posisi matahari.

3.2.2 Pengembangan teknologi hibrid berbasis energi surya dan energi angin

terus perlu dilakukan agar membantu kebutuhan energi, khususnya energi

listrik.

3.2.3 Selain itu juga perlu terus dilakukan studi mengenai teknologi ini agar

tercipta lebih banyak inovasi dari teknologi hibrid ini di negara kita serta

agar teknologi ini terus mengalami penyempurnaan hinga menjadi lebih

baik

31

DAFTAR PUSTAKA

Aji, Anugrah Krisna. 2012. Berkenalan dengan Energi Hibrid.

http://jokojowo.blogspot.com/2012/04/berkenalan-dengan-teknologi-

hybrid.html. 5 Oktober 2013[21.04]

Energi Hijau. 2013. Bantul jadi Percontohan Energi Listrik Tenaga Matahari dan

Angin.. http://rumahenergi.com/category/energi-angin. 5 Oktober

2012[21.13]

Kadir, Abdul. 1995. Energi Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik, dan Potensi

Ekonomi. Jakarta : UI Press

Panggabean,Chrisman K. 2010. “Proyek Oledo” – Contoh Sukses Teknologi

Hybrid Photovoltaic.. http://www.majalahenergi.com/forum/energibaru-

dan-terbarukan/energi-surya/proyek-oeledo-contoh-sukses-teknologi-

hybrid-photovoltaic. 5 Oktober 2013[21.36]

Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006. Kebijakan

Energi Nasional. 25 Januari 2006. Lembaran Negara Republik Indonesia

Tahun 2006. Jakarta.

Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat. 2012. Energi Yang Terbarukan.

Kedutaan Besar Kerajaan Denmark. Jakarta

Ristek.2012.Bantul Jadi Percontohan Energi Hibrid.

http://ristek.go.id/index.php/module/News+News/id/10759 id. 6 Oktober

2013[19.00]

Soetedjo, A. Lomi, A. Nakhoda, Y.I. 2006. Pemodelan Sistem Pembangkit Listrik

Hibrid Angin dan Surya. Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi

Nasional (ITN). Malang