Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin

on

  • 2,473 views

Makalah tentang tekno;ogi hybrid energi surya dan energi angin

Makalah tentang tekno;ogi hybrid energi surya dan energi angin

Statistics

Views

Total Views
2,473
Views on SlideShare
2,473
Embed Views
0

Actions

Likes
1
Downloads
155
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin Document Transcript

  • 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
  • DAFTAR ISI Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel Abstrak Kata Pengantar ii iv v vi vii BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Masalah 1 1 1.2 Rumusan Masalah 6 1.3 Tujuan Penulisan 6 1.4 Batasan Masalah 6 1.5 Manfaat Penulisan 7 BAB II Pembahasan 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya 8 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 2.5 Pentingnya Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin 15 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 25 Arsitektur Sistem Hybrid BAB III Penutup 19 ii
  • 3.1 Kesimpulan 19 3.2 Saran 20 Daftar Pustaka 22 iii
  • 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 iv
  • DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel kondisi angin 12 Tabel 2.2 Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah 13 v
  • 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 vi
  • 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. vii
  • 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 viii
  • 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 1
  • 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 sumbersumber energi berbasis fosil, seperti minyak bumi, batu bara, dan lain-lain terusmenerus 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 2
  • 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 sumbersumber 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 3
  • 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 4
  • 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) 5
  • 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. 6
  • 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. 7
  • 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 8
  • 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 9
  • 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) 10
  • 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. 11
  • 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 12
  • 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. 13
  • 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 14
  • 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 15
  • 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 16
  • 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 terusmenerus 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. 17
  • 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 lampulampu 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. 18
  • 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 19
  • 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 angle). Sudut angguk longitudinal (horisontal). (sudut angguk: pitch adalah sudut antara bilah turbin dengan sumbu 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. 20
  • 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 subsistem 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 21
  • 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 22
  • 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 23
  • 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), lithiumpolymer (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. 24
  • 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 25
  • 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 26
  • 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 27
  • 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, panelpanel 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 28
  • 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 29
  • 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 30
  • DAFTAR PUSTAKA Aji, Anugrah Krisna. 2012. Berkenalan dengan Energi Hibrid. http://jokojowo.blogspot.com/2012/04/berkenalan-dengan-teknologihybrid.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/energibarudan-terbarukan/energi-surya/proyek-oeledo-contoh-sukses-teknologihybrid-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 31