prototype pembangkit listrik hybrid turbin angin dan …repository.umrah.ac.id/3486/1/triadi...
TRANSCRIPT
Teknik Elektro Umrah – |
PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK HYBRID TURBIN
ANGIN DAN PANEL SURYA
Triadi Supranoto , Rozeff Pramana
Email: [email protected] , [email protected]
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji
ABSTRACK
Indonesia is a country with a group of islands and has a tropical climate, this has
its own advantages to develop plants that are sourced from nature. Wind energy
and solar energy are choices as alternative generators used. Both of these
energies can be used as a hybrid power plant. The results of testing for wind and
solar hybrid power plants obtained the results of turbines working at wind speeds
of 3.1 m / s to 5.1 m / s, so it can be concluded that the turbine can rotate at low
wind speeds. Meanwhile, the solar panel gets the highest radiation at 12:45 WIB
and starts to decrease at 14.00 WIB. The measurement starts at 11.00 WIB with
the initial battery voltage of 8.9 V then the battery starts to charge up to 10.2 V at
13.00 WIB until the full 12.1 V at 14.35 WIB
Keywords: Hybrid
ABSTRAK
Indonesia merupakan negara dengan gugusan kepulauan dan memiliki iklim
tropis, hal ini menjadi keuntungan tersendiri untuk mengembangkan pembangkit
yang bersumber dari alam. Energi angin dan energi matahari menjadi pilihan
sebagai pembangkit alternative yang digunakan. Kedua energi tersebut dapat
dijadikan sebagai sebuah pembangkit listrik hybrid. Hasil pengujian untuk
pembangkit listrik hybride angin dan surya didapatkan hasil turbin bekerja pada
kecepatan angin 3,1 m/s hingga 5,1 m/s, sehingga dapat disimpulkan bahwa turbin
dapat berputar pada kecepatan angin rendah. Sedang kan untuk panel surya
mendapatkan radiasi tertinggi pada pukul 12.45 WIB dan mulai menurun pada
pukul 14.00 WIB. Pengukuran dimulai pukul 11.00 WIB dengan tegangan awal
baterai 8,9 V lalu baterai mulai terisi hingga 10,2 V pada pukul 13.00 WIB
hingga penuh 12,1 V pada pukul 14.35 WIB.
Kata Kunci: Hybrid.
Teknik Elektro Umrah – |
I. PENDAHULUAN
Energi Listrik adalah salah
satu energi yang dibutuhkan untuk
kelangsungan hidup manusia.
Kebutuhan listrik yang semakin
meningkat akan mendorong manusia
untuk memanfaatkan berbagai
macam potensi energi yang ada di
Indonesia. Secara garis besar, energi
dibagi menjadi dua macam yakni
energi konvensional dan energi
alternatif. Namun untuk saat ini
energi listrik yang dihasilkan berasal
dari energi konvensional seperti batu
bara, solar dan berbagai macam
lainnya. Keterbatasan sumber energi
konvensional menjadi sebab untuk
memanfaatkan energi alternatif lebih
banyak di Indonesia (Prasetyo,
Berdasarkan permasalahan di atas
penulis bermaksud ingin melakukan
perancangan prototype pembangkit
listrik hybrid tubin angin dan panel
surya. Penelitian ini dilakukan guna
menciptakan suatu pembangkit yang
handal dalam mensuplai energi listrik
dan bersifat efisien. Dibuatnya
pembangkit dari 2 sumber energi
yang dikombinasi ini diharapkan
dapat menyediakan catu daya yang
kontinyu, efisien dan optimal.
Pembangkit ini nantinya diharapkan
dapat dikembangkan lebih optimal di
Indonesia agar tidak tergantung pada
pembangkit konvensional saja.
II. KAJIAN LITERATUR
Ada beberapa kajian yang
dilakukan oleh penulis-penulis
sebelumnya tentang pembangkit
listrik hybrid angin dan surya.
Penelitian yang dilakukan oleh
F Eko wismo winarto dan Sugianto
(2013) yaitu potensi pembangkitan
listrik hybrid menggunakan vertical
axis wind turbine tipe savonius dan
Teknik Elektro Umrah – |
panel sel surya. Dalam penelitian ini
keuntungan terbesar turbin angin
sumbu vertical (Vertical Axis Wind
Turbine, VAWT), adalah generator
dan gear box dapat diinstal di dasar
tower sehingga mudah untuk dirawat
dan diperbaiki. Teknologi turbin
angin dan panel surya menawarkan
solusi biaya yang efektif untuk
mengurangi ketergantungan terhadap
minyak dan gas bumi dari negara lain
yang mahal, penggabungan system
PV-angin merupakan kombinasi
yang bagus dimana saat musim
panas, daratan mempunyai kecepatan
angin cenderung rendah sedangkan
panas matahari lebih efisien untuk
digunakan, dan sebaliknya di musim
dingin kecepatan angin lebih tinggi
di saat energi matahari jatuh pada
energi terendahnya.
Penelitian selanjutnya
dilakukan oleh Dedy Nataniel Ully.,
dkk (2014) yaitu pengaruh
pemasangan sudu pengarah dan
variasi jumlah sudu rotor terhadap
performance turbin angin savonius.
Dari hasil penelitian menunjukkan
bahwa rotor yang menggunakan sudu
pengarah dapat menghasilkan power
coefficient sebesar 0,385 pada
kecepatan angin 7,2 m/s sedangkan
bila tanpa sudu pengarah power
coefficient hanya sebesar 0,16 pada
kecepatan angin yang sama. Putaran
rotor dan energi listrik yang
dihasilkan kemudian diukur pada
masing-masing perlakuan sesuai
dengan variasi kecepatan angin yang
ditetapkan yaitu 4, 5, 6 dan 7 m/s
serta variasi jumlah sudu rotor yaitu
dua, tiga dan empat sudu. Pada
penelitian ini rotor tiga sudu
menghasilkan putaran tertinggi yaitu
452,15 rpm, kemudian terjadi
penurunan pada rotor dua sudu yaitu
402,66 rpm dan putaran terendah
Teknik Elektro Umrah – |
terjadi pada rotor empat sudu yaitu
312,55 rpm.
Penelitian selanjutnya
dilakukan oleh Gustina Riani dan
Rozeff Pramana, (2017) yaitu
prototipe pemanfaatan tenaga surya
untuk kelong di Kepulauan Riau.
Dalam penelitian ini menggunakan
panel surya jenis polycrystalline
dengan daya 10 WP dan baterai
kering dengan tegangan 12 VDC
serta arus 7,5 Ah. Waktu yang
dibutuhkan dalam mengecas baterai
dimulai dari 09.30 WIB sampai
dengan 16.30 WIB, hasil penelitian
ini sebagai perbandingan untuk
penggunaan genset pada kelong yang
membutuhkan daya sebesar 9713W
maka dibutuhkan panel 234 buah
dengan kapasitas panel 10WP
sebanyak 130 buah baterai dengan
kapasitas 7,5Ah.
A. Landasan Teori
1. Pembangkit Listrik Tenaga
Surya
PLTS adalah pembangkit yang
memanfaatkan sinar matahari
sebagai sumber penghasil listrik.
PLTS merupakan pembangkit listrik
yang mengubah energi surya menjadi
energi listrik, oleh karena itu tidak
membutuhkan supply bahan bakar
dan dapat bekerja secara otomatis
tanpa memerlukan operator. PLTS
juga sering disebut sebagai Solar
cell, Solar Photovoltaik atau Solar
Energi. Pembangkit Listrik Tenaga
Surya bisa dilakukan dengan dua
cara, yaitu secara langsung
menggunakan photovoltaic dan
secara tidak langsung dengan
pemusatan energi surya.
Sel surya atau sel photovoltaic
adalah alat yang mengubah energi
cahaya secara langsung menjadi
energi listrik menggunakan efek
Teknik Elektro Umrah – |
fotoelektrik. Pembangkit listrik
tenaga surya tipe photovoltaic adalah
pembangkit listrik yang
menggunakan perbedaan tegangan
akibat efek fotoelektrik untuk
menghasilkan listrik. Solar panel
terdiri dari 3 lapisan, lapisan panel P
di bagian atas, lapisan pembatas di
tengah, dan lapisan panel N di bagian
bawah. Efek fotoelektrik adalah di
mana sinar matahari menyebabkan
elektron di lapisan panel P terlepas,
sehingga hal ini menyebabkan proton
mengalir ke lapisan panel N di
bagian bawah dan perpindahan arus
proton ini adalah arus listrik.
2. Pembangkit Listrik Tenaga
Angin
Pembangkit listrik tenaga angin
adalah suatu pembangkit listrik yang
menggunakan angin sebagai sumber
energi untuk menghasilkan energi
listrik. Pembangkit ini dapat
mengkonversikan energi angin
menjadi energi listrik dengan
menggunakan turbin angin atau
kincir angin. Sistem pembangkitan
listrik menggunakan angin sebagai
sumber energi merupakan sistem
alternatif yang sangat berkembang
pesat, mengingat angin merupakan
salah satu energi yang tidak terbatas
di alam.
Suatu pembangkit listrik dari
energi angin merupakan hasil dari
penggabungan dari bebrapa turbin
angin sehingga akhirnya dapat
menghasilkan listrik. Cara kerja dari
pembangkitan listrik tenaga angin ini
yaitu awalnya energi angin memutar
turbin angin.Turbin angin bekerja
berkebalikan dengan kipas angin
(bukan menggunakan listrik untuk
menghasilkan listrik, namun
menggunakan angin untuk
menghasilkan listrik). Kemudian
angin akan memutar sudut turbin,
lalu diteruskan untuk memutar rotor
Teknik Elektro Umrah – |
pada generator di bagian belakang
turbin angin.
3. Pembangkit Listrik Hybrid
Pembangkit Listrik Tenaga
Hybrid (PLTH) adalah pembangkit
listrik yang terdiri lebih dari satu
macam pembangkit dimana
menggabungkan beberapa sumber
energi yang dapat diperbaharui
(renewable) dengan dan atau yang
tidak dapat diperbaharui
(unrenewable). Pembangkit listrik
tenaga hybrid merupakan salah satu
alternative system pembangkit yang
tepat diaplikasikan pada daerah-
daerah yang sukar dijangkau oleh
system pembangkit besar seperti
jaringan PLN atau PLTD.
Pembangkit listrik tenaga hybrid
ini memanfaatkan renewable energi
sebagai sumber utama (primer) yang
dikombinasikan dengan diesel
generator sebagai sumber energi
cadangan (sekunder). Pada
pembangkit listrik tenaga hybrid,
renewable energi yang digunakan
dapat berasal dari energi matahari,
angin, arus laut dan lain-lain yang
dikombinasi dengan diesel generator
set sehingga menjadi suatu
pembangkit yang lebih efisien,
efektif dan handal untuk dapat
mensuplai kebutuhan energi listrik.
III. METODE PERANCANGAN
Tahapan ini perancangan yang
dimaksud adalah rencana desain
untuk membuat pembangkit listrik
hybrid turbin angin dan panel surya.
Perancangan meliputi perancangan
turbin angin savonius, perancangan
panel surya, perancangan kaki
menara, perancangan poros turbin.
A. Alat dan Bahan Perancangan
1. Alat-alat Penelitian
Alat yang diperlukan dalam
pembuatan turbin :
a. Pahat
b. Gergaji
Teknik Elektro Umrah – |
c. Martil
d. Bor
e. Gerenda
f. Meteran
g. Mesin Las
h. Pisau
i. Gunting
j. Penggaris
2. Bahan-bahan Penelitian
Bahan yang diperlukan dalam
pembuatan turbin :
a. Generator
b. Papan Teriplek
c. Plat Almunium
d. Besi Sambung
e. Besi Galpanis
f. Almunium Batang
g. Besi Poros
h. Pipa
i. Bearing
j. Bealting
k. Baut
B. Perancangan Pembangkit
Listrik Hybrid
Perancangan ini terdiri dari 2
bagian utama yaitu pembangkit
listrik tenaga surya, pembangkit
listrik tenaga angin. Untuk turbin
angin dan surya dibagi menjadi 3
bagian yaitu bagian input terdiri dari
turbin angin dan panel surya, bagian
proses terdiri dari baterai charge
controller (BCCU) dan bagian output
terdiri dari baterai, inverter beban
DC(direct current), dan beban
AC(alternating current).
Gambar Blok diagram secara
umum
Teknik Elektro Umrah – |
Gambar 2. Flowchart cara kerja
1. Perangkat Perancangan Sudu
Savonius
Perancangan sudu ini yang
harus diperhatikan adalah pemilihan
bahan yang ringan, kuat serta tahan
korosi. Material yang digunakan
dalam pembuatan sudu savonius
adalah pelat almunium dengan
ukuran 0,4 mm, papan triplek dengan
ukuran 7 mm, dan besi ulir. Selain
itu beberapa hal lainnya yang harus
diperhatikan adalah jumlah sudu,
kelengkungan sudu, ukuran sudu
dan diameter pada turbin.
Gambar 3. Sudu Turbin
Savonius
2. Perancangan Menara Turbin
Menara berfungsi untuk
menahan beban turbin angin serta
panel surya. Karena beban yang
dihasilkan cukup besar maka
material yang dibutuhkan dalam
pembuatan menara harus kuat, dalam
perancangan ini material yang
digunakan adalah besi kombinasi dan
besi galpanis. Perancangan menara
Teknik Elektro Umrah – |
dibuat dengan empat tiang
penyanggadengan ukran tinggi 65 cm
yang disatukan dan diperkuat dengan
besi galpanis, pada bagian atas dan
tengah menara diletakkan bearing
sebagai kedudukan poros turbin.
Gambar 4. Kaki menara
turbin angin
3. Perancangan Panel Surya
Panel surya yang digunakan
dalam penelitian ini menggunakan
jenis polycrystalline 20WP. Panel
surya diletakan dibawah sudu turbin
dengan menggunakan besi sambung
sebagai penyangganya. Berikut
spesifikasi dari panel surya yang
digunakan dalam membuat
pembangkit listrik hybrid.
Gambar 5. Panel Surya
4. Perancangan Pembangkit
Listrik Hybrid
Perancangan akhir dilakukan
apabila semua komponen telah
selesai. Selanjutnya untuk penyatuan
komponen, turbin angin diletakan
diatas poros sedangkan panel surya
diletakan disamping dan dibawah
turbin. Peletakan panel surya
disamping turbin dengan posisi
dibawah sudu dengan tujuan agar
Teknik Elektro Umrah – |
ketika turbin berputar tidak terhalang
oleh panel surya.
Panel surya dihubungkan
langsung dengan charge control
yang akan diletakan dibawah kaki
penyangga, charge control akan
dihubungkan dengan inverter yang
akan diletakan di bawah kaki
penyangga, selanjutnya charge
control akan langsung dihubungkan
dengan baterai (aki) yang juga
diletakan di bawah kaki penyangga,
untuk tiang poros turbin bagian
bawah akan diletakkan pulley serta
bealting yang akan digunakan untuk
memutar generator, bealting
diletakkan pada generator yang
berada di bawah kaki penyangga
dimana dari generator langsung
dihubungkan pada baterai (aki). Jenis
turbin angin yang digunakan adalah
savonius dengan 3 sudu dan panel
surya jenis polycrystalline dengan
daya 20 Wp.
Gambar 6. Pembangkit listrik
hybrid
5. Flowchart Penelitian
Diagram alur penelitian
merupakan langkah-langkah yang
dilakukan untuk menjalankan
penelitian. Diagram alur tersebut
akan menjadi acuan pengerjaan
penelitian sebagai landasan proses
kerja. Diagram alur pada penelitian
ini akan ditampilkan dalam bentuk
flowchart seperti pada gambar 7.
Gambar 7. Flowchart Penelitian
Teknik Elektro Umrah – |
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengujian dilakukan untuk
mengetahui kinerja dari pembangkit
listrik.Sementara analisa dilakukan
untuk mengetahui kemampuan dari
pembangkit listrik tersebut apakah
bekerja dengan baik.
A. Pengujian Sistem
Pengujian dilakukan untuk
menguji perangkat secara bertahap
mulai dari turbin angin, panel surya,
solar charge controller, baterai,
inverter, generator serta pengujian
secara hybrid antara turbin angin dan
panel surya. Pengujian perangkat
dilakukan selama 1 hari mulai dari
pukul 09.00 WIB sampai dengan
pukul 15.30 WIB.
1. Pengujian Turbin Angin
Pengujian turbin angin ini
dilakukan di area terbuka dengan
posisi turbin tegak lurus dan bebas
hambatan angin
.
Gambar 8. Pengujian turbin
angin
Dari hasil pengujian turbin
didapatkan hasil daya putar turbin
terendah pada pukul 09.00 sampai
pukul 10.00 dimana pada saat itu
kecepatan angin sangat rendah.
Sedangkan untuk hasil putar turbin
tertinggi dimulai pada pukul 12.00
hingga pukul 15.30 dimana pada saat
itu kecepatan angin sangat tinggi.
Perputaran turbin sangat dipengaruhi
oleh kecepatan angin karena semakin
Teknik Elektro Umrah – |
tinggi kecepatan angin maka akan
semakin cepat turbin berputar dalam
menghasilkan RPM, arus, tegangan
serta daya yang besar.
2. Pengujian Panel Surya
Pengujian panel surya dilakukan
dengan mengukur besar tegangan
dan arus yang dihasilkan panel surya
pada siang hari. Panel surya yang
digunakan jenis polikristaline
berkapasitas 20WP. Pengujian panel
surya ini dilakukan dengan
mengukur tegangan pada panel surya
dan juga mengukur radiasi matahari
pada saat yang bersamaan.
Gambar 9. Pengujian panel
surya
Gambar 10. Grafik radiasi
matahari
Gambar 11. Grafik daya
panel surya
3. Pengujian Pembangkit
Listrik Hybrid
Pengujian pembangkit listrik
hybrid angin dan surya dilakukan
untuk mengetahui apakah
Teknik Elektro Umrah – |
pembangkit tersebut dapat berfungsi
secara optimal atau tidak optimal.
Setelah sebelumnya melakukan
pengujian dengan masing-masing
pembangkit secara terpisah,
selanjutnya dilakukan pengujian
secara hybrid. Dalam proses ini
pengujian menggunakan baterai 12
V.
Pengujian dilakukan mulai
pukul 11.00 WIB dengan tegangan
awal baterai 8,9 V hingga pukul
14.35 WIB dengan tegangan baterai
menacapai 12,1 V. Lamanya waktu
pengecasan dipengaruhi oleh
keadaan cuaca pada saat pengujian
dimana kecepatan angin serta kondisi
normal saat matahari tidak tertutup
oleh awan.
Gambar 12. Pengujian pembangkit
listrik hybrid
Gambar 13. Grafik daya turbin
Gambar 14. Grafik daya panel surya
Teknik Elektro Umrah – |
Gambar 15. Grafik total daya hybrid
Gambar 16. Pengujian terhadap
baterai
Dari hasil pengukuran dapat
dilihat waktu mulai dari pukul 11.00
WIB dengan tegangan awal baterai
8,9 V lalu baterai mulai terisi hingga
10,2 V pada pukul 13.00 WIB hingga
penuh 12,1 V pada pukul 14.35 WIB.
Berikut gambar 36 pengujian
pembangkit listrik hybrid.
Pembangkit listrik hybrid
angin dan surya telah di lakukan
pengujian baik secara terpisah dan
juga secara hybrid. Input sistem
terdiri dari 2 bagian tahapan yaitu
dari turbin angin serta panel surya,
tahapan pertama turbin
menggunakan energi angin yang
membuatnya berputar untuk
menggerakan generator, dimana
generator berputar menghasilkan
arus listrik setelah itu dialirkan
masuk kedalam batterai. Untuk
tahapan ke dua panel surya
menerima energi panas matahari
yang dirubah menjadi energi listrik
selanjutnya di alirkan kedalam
charge control yang berfungsi untuk
mengatur arus listrik yang masuk ke
dalam baterai.
Hasil pengujian untuk
pembangkit listrik hybrid angin dan
surya didapatkan hasil turbin bekerja
pada kecepatan angin 3,1 m/s hingga
5,1 m/s, sehingga dapat disimpulkan
bahwa turbin dapat berputar pada
kecepatan angin rendah. Sedang kan
untuk panel surya mendapatkan
radiasi tertinggi pada pukul 12.45
Teknik Elektro Umrah – |
WIB dan mulai menurun pada pukul
14.00 WIB.
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang
telah dilakukan dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Dari hasil pengukuran
menggunakan turbin angin
dapat dilihat waktu mulai dari
pukul 09.00 WIB dengan
kecepatan angin 3,1 M/s dan
pengujian panel surya
mendapatkan hasil tertinggi
pada pukul 12.45 dengan
radiasi matahari 986 W/m
dan mulai menurun pada
pukul 14.00 dengan radiasi
matahari 845 W/m .
2. Hasil pengujian untuk
pembangkit listrik hybride
angin dan surya didapatkan
hasil turbin bekerja pada
kecepatan angin 3,1 m/s
hingga 5,1 m/s, sehingga
dapat disimpulkan bahwa
turbin dapat berputar pada
kecepatan angin rendah.
Sedang kan untuk panel surya
mendapatkan radiasi tertinggi
pada pukul 12.45 WIB dan
mulai menurun pada pukul
14.00 WIB. pengukuran dapat
dilihat waktu mulai dari
pukul 11.00 WIB dengan
tegangan awal baterai 8,9 V
lalu baterai mulai terisi
hingga 10,2 V pada pukul
13.00 WIB hingga penuh
1 V pada pukul 14.35
WIB.
DAFTAR PUSTAKA
Setiawan,, Hidayat,, Candra., 2017,
Rancang Bangun DC
Submersible Pump Sistem
Photovoltaic Battery Coupled
dengan Panel Surya Tipe
Teknik Elektro Umrah – |
Polycryystalline Skala
Laboratorium. Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah
Jakarta.
Rudianto,, ahmadi., 2016, Rancang
Bangun Turbbin Angin
Savonius 200 Watt. Sekolah
Tinggi Tekhnologi Adisutjipto.
Wuriyandani,, Rustana,, Nasbey.,
2015, Pengembangan
Pembangkit Listrik Tenaga
Hibrida Menggunakan Turbin
Angin Sumbu Veertikal Tipe
Double-Stage Savonius dan
Panel Surya. Universitas
Negeri Jakarta.
Nataniel,, Wuwur,, Ginting., 2017,
Pengaruh Pemasangan Sudu
Pengarah dan Variasi Jumlah
Sudu Rotor Terhadap
Performance Turbin Angin
Savonius Tipe L. Jurusan
Teknik Mesin PNK, Kupang
Winarto,, Sugianto., 2013, Potensi
Pembangkitan Listrik Hybrid
Menggunakan Vertical Axis
Wind Turbine Tipe Savonius
dan Panel Sel Surya. Teknik
Mesin Sekolah Vokasi UGM.
Prasetyo., 2018, Rancang Bangun
Pembangkit Hybrid Tenaga
Angin dan Sel Surya Untuk
Penerangan Jalan Raya.
Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Riani,, Pramana., 2017, Prototipe
Pemanfaatan Tenaga Surya
Untuk Kelong di Kepulauan
Riau. Universitas Maritim Raja
Ali Haji.
Syafaruddin,, Bachtiar,, dkk., 2006.
Pemodelan dan Simulasi
Pembangkit Listrik Tenaga
Angin untuk Koneksi Grid.
JPE Unhas.
Teknik Elektro Umrah – |
Nanang,, Gunarto,, Sarwono., 2017.
Study Eksperimental Berbagai
Macam Jenis Sudu Turbin
Angin Sumbu Horizontal Skala
Laboratorium. Universitas
Muhammadiyah Pontianak.
Latif., 2013. Efisiensi Prototipe
Turbin Savonius pada
Kecepatan Angin Rendah.
Universitas Andalas Padang
Kampus Limau Manis.
Jasriyanto,, Pramana,, dkk., 2016.
Perancangan Solar Tracker
untuk Men-suply Daya Kamera
Monitoring Sistem Keamanan
Perairan dan Pulau Terluar.
Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Maritim
Raja Ali Haji.