PDF - Jurnal UNESA

Pengaruh Penggunaan Beban Terhadap Performa Pembangkit Listrik Skala Rumah Tangga
PENGARUH PERUBAHAN BEBAN TERHADAP PERFORMA PEMBANGKIT LISTRIK
SOLAR CELL DAN TURBIN ANGIN SKALA RUMAH TANGGA
Wismoyo Bayukurnia Pramadi
S1 Teknik Mesin Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
E-mail: [email protected]
Aris Ansori
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
E-mail: [email protected]
Abstrak
Kebutuhan energi pada penggunaan beban terus meningkat seiring dengan kebutuhan akan beban pada skala rumah
tangga. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah energi tersebut adalah dengan menggunakan solar cell dan
turbin angin. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen dimana solar cell dan turbin angin
digabung menjadi sistem hybrid untuk mengatasi masing – masing kebutuhan beban yang terjadi pada rumah
tangga. Teknik analisis data dalam penelitian ini menggunakan analisis data deskriptif yaitu menggambarkan hasil
penelitian dalam bentuk tabel dan grafik. Hasil Pengaruh perubahan beban pembangkit listrik hybrid solar cell
menghasilkan daya listrik perhari (07.00 – 15.00) sebesar 175.35 W sedangkan turbin angin menghasilkan daya
perhari (07.00 – 15.00) 32.30 W. Sehingga dari sumber pemasukan listrik menghasilkan daya = 175.35 W + 32.30
W = 207.65 W. Penggunaan beban minimal 100 W selama 3 jam membutuhkan daya sebesar 101.6 W dan beban
maksimal 200 W membutuhkan daya sebesar 202.1 W. Perubahan beban pada sistem pembangkit listrik solar cell
dan turbin angin masih dapat menyuplai beban tersebut dengan (207.65 W) – (202.1 W) = 5.55 W.
Kata kunci : Performa, sistem hibrid, solar cell, turbin angin,
Abstract
Energy needs on load users continue to rise along with load needs on household scale. One solution to overcome the
energy problem was to use solar cell and wind turbines. This research was conducted by using experimental
methods where solar cell and wind turbine will be merged into a hybrid system to back up each other shortcoming
on load needs that happen at household. Analysis technique of data in this research was using descriptive analysis
data that describes the results of the research in the form of tables and graphs. The results of hybrid power plant,
solar cell has a total power measurements at 21 Watts and efficiency at 19% with the highest load of 14.4 V and the
2.10 A at 15.00 pm. Wind turbines has total power of 0.48 Watts and efficiency of 16% with the highest load results
13.1 V and 0.30 A at 15.00 pm.
Keyword: Perfomance, system hybrid, solar cells, wind turbines,
63
JTM. Volume 05 Nomor 01 Tahun 2017, Hal 63-68
sebuah kincir angin merupakan hal awal yang harus
diperhatikan, Lokasi sebuah kincir angin wajib
dipelajari sebelum membangunnya, Lokasi sebuah
kincir angin sebaiknya berada pada daerah terbuka.
Sistem penyediaan energi listrik yang dapat
memenuhi kriteria di atas adalah sistem konversi
energi yang memanfaatkan sumber daya energi
terbarukan. Energi terbarukan adalah energi yang
berasal dari alam seperti cahaya matahari, angin.
Pemanfaatan sumber daya energi terbarukan sebagai
bahan baku produksi energi listrik mempunyai
kelebihan antara lain:
1. Sumber relative mudah didapat.
2. Dapat diperoleh dengan gratis.
3. Tidak mengenal problem limbah.
4. Tidak mempengaruhi suhu bumi secara global.
5. Tidak terpengaruh kenaikan harga bahan bakar
Berdasarkan permasalahan tersebut, maka timbul
pemikiran untuk melakukan kajian penelitian untuk
memaksimalkan intensitas matahari yang diterima
oleh solar cell dengan mempertimbangkan letak dan
sunsunan rangkaian panel yang paling tepat untuk
menerima radiasi matahari yang paling tinggi. Dalam
penelitian ini penulis pengaruh penggunaan beban
transient terhadap performa pembangkit listrik solar
cell dan turbin angin, sehingga akan didapatkan
penggunaan beban transient untuk memperoleh daya
paling efisien.
Dari berbagai jurnal-jurnal tentang pembangkit
listrik turbin angin dan solar cell, bahwa pembangkit
listrik hybrid telah lama dibuat dalam rangka
penelitian dan pengggunaan oleh masyarakat
pedesaan khususnya pada skala rumah tangga.
Berbagai perancangan performa pembangkit listrik
hybrid dilakukan agar mempunyai efisiensi sebaik
mungkin.
Penelitian yang dilakukan oleh Sutjahjo (2010)
yang berjudul Rancang Bangun Layout dan
Penempatan Sel Surya Pada Prototipe Mobil Tenaga
Surya, dalam penelitian tersebut penempatan sel
surya ditempatkan pada prototype mobil remote
control. Karena lebih efisiensi dalam mengisi daya
pada baterai yang ada didalam mobil remote control.
Penelitian yang dilakukan oleh Andana (2016)
yang berjudul Rancang Bangun Pembangkit Listrik
Tenaga Hybrid Fuel Cell dan Solar Cell Dengan
Acuan Pergerakan Matahari, dalam jurnal penelitian
ini meneliti mengenai pergerakan matahari, dimana
peneliti ini menenliti daya performa dan efisiensi
yang telah di hasilkan oleh solar cell dan fuel cell.
Penelitian ini menggunakan sensor ldr untuk selalu
mengikuti pergerakan matahari dari jam 07.00 –
16.00 WIB. Daya yang telah di hasilkan akan
disimpan dalam aki yang berkapasitas 35 ampere.
Setelah dari aki daya tersebut akan digunakan untuk
menghidupkan beban lampu.
Berdasarkan beberapa penelitian di atas, maka
masih perlu dikembangkan penelitian lanjutan
tentang pengaruh beban pada performa pembangkit
listrik solar cell dan turbin angin untuk memperoleh
tingkat efisiensi yang paling maksimal, maka peneliti
PENDAHULUAN
Kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri atas
ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak
meratanya pusat – pusat beban listrik, rendahnya
tingkat permintaan listrik di beberapa wilayah.
Tingginya biaya pasang dan pembangunan sistem
suplai energi listrik, serta terbatasnya kemampuan
finansial. Merupakan faktor – faktor penghambat
penyediaan energi listrik dalam skala nasional.
Kehidupan manusia modern semakin tergantung
terhadap energi. Sehingga kesejahteraanya sangat
ditentukan oleh jumlah dan mutu energi yang di
manfaatkan baik secara langsung mau pun tidak
langsung. Energi juga merupakan unsur penunjang
yang amat penting terhadap kebutuhan manusia dan
juga penting terhadap pertumbuhan ekonomi dan ikut
menentukan keberhasilan pembangunan di sektor
lain. Namun kebutuhan energi di Indonesia
khususnya dan di dunia pada umunya terus
meningkat dari tahun ke tahun dengan pertumbuhan
penduduk yang semakin meningkat, pertumbuhan
ekonomi dan pola konsumsi energi itu sendiri. 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 pedesaan. Masih ada
banyak daerah pedesaan yang sering mengalami
pemadaman listrik oleh karena infrastruktur yang
tidak memadai.
Matahari merupakan sumber energi yang bergerak
dan mempengaruhi besar penerimaan intensitas
cahaya yang akan diterima oleh solar cell. Solar cell
akan menghasilkan energi listrik sesuai dengan
intensitas cahaya yang diterimanya oleh pancaran
sinar matahari. Komponen utama yaitu panel solar
cell sebagai penerima radiasi matahari, baterai tempat
penyimpanan listrik, dan alat pengontrol pengubah
energi matahari menjadi energi listrik. Panel solar
cell ini harus terus diarahkan sesuai dengan arah
pancaran cahaya matahari. Solar cell yang dapat
mengubah energi cahaya matahari menjadi energi
listrik hanya bekerja pada siang hari, sehingga solar
cell tidak akan menghasilkan energi listrik pada
malam hari.
Angin adalah sumber energi yang bersih. Karena
angin tidak menyebabkan pencemaran udara atau air
serta tidak menghasilkan gas rumah kaca, karena
terjadinya pergerakan angin terjadi secara alamiah.
Energi angin merupakan salah satu energi termurah
dari teknologi energi terbaru. Karena pada dasarnya
angin terjadi ada perbedaan suhu antara udara panas
dan udara dingin. Angin yang digunakan untuk dapat
menjadi pembangkit energi listrik hanya angin
dengan kecepatan diatas 12km/jam hingga 20km/jam
yang digunakan sebagai pembangkit energi listrik.
Pembangkit energi listrik tenaga angin dibangun pada
kawasan pantai, pegunungan, dan lahan yang luas
dengan intensitas angin yang mempunyai kecepatan
angin diatas 12km/jam – 20 km/jam. Berikut syarat –
syarat membangun sebuah kincir angin: Lokasi dari
64
Pengaruh Penggunaan Beban Terhadap Performa Pembangkit Listrik Skala Rumah Tangga
akan membahas “Pengaruh Performa Pada Beban
Pembangkit Listrik Solar Cell dan Turbin Angin
Skala Rumah Tangga”.
Tujuan penelitian ini bertujuan untuk melihat
berapa performa pembangkit listrik hybrid dan
efisiensi pembangki listrik hibrid, dan juga untuk
mengetahui proses daya untuk menghidupkan beban
lampu pada skala rumah tangga.
Dari hasil penelitian ini diharapkan memiliki manfaat
yaitu: (1) Mengurangi penggunaan energi fosil dalam
bidang pembangkit listrik hibrid kebutuhan
masyarakat. (2) Memberikan sumbangan yang berarti
bagi perkembangan teknologi energi terbarukan di
Indonesia. (3) Turut berpartisipasi dalam mengurangi
efek pemanasan global dengan menggunakan sumber
energi yang ramah lingkungan. (4) Membantu
kebutuhan masyarakat dengan peralatan yang lebih
ekonomis. (5) Memberikan bahan bacaan yang dapat
digunakan sebagai referensi untuk penelitian lebih
lanjut tentang pembangkit listrik hibrid.
METODE
Rancangan Penelitian
Gambar 1. Rangkaian Instrumen Penelitian
Keterangan:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Variabel Penelitian
 Variabel bebas
Variable
bebas
adalah
variabel
yang
mempengaruhi variabel lain yang menjadi sebab
perubahannya atau timbulnya variabel terikat
(Sugiyono 2012). Variable bebas dalam penelitian
ini adalah beban lampu pada pembangkit listrik
hybrid.
 Variabel Terikat
Variabel terikat (variabel dependen) adalah
variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi
akibat,
karena
adanya
variabel
bebas
(Sugiyono2012). Variabel terikat dalam penelitian
ini adalah daya dan performa yangdihasilkan solar
cell dan trubin angin.
 Variabel Kontrol
Variabel
Kontrol
adalah
variabel
yang
dikendalikan atau dibuat konstan sehingga
hubungan variabel bebas terhadap variabel terikat
tidak terpengaruh oleh faktor luar yang tidak
diteliti(Sugiyono2012). Variabel kontrol yang
digunakan dalam penelitian ini adalah pengambilan
data pertama, kedua, ketiga pada jam 07.00 – 15.00
WIB.
Anemometer
Turbin Angin
Tachometer
Solar Power Meter
Solar Cell
Voltmeter
Amperemter
Kontrol
Battery
Beban/Lampu
Prosedur Penelitian:
 Tahap Persiapan
Tahap pertama adalah mempersiapkan alat dan
bahan, dalam penelitian ini alat dan bahan yang
harus dipersiapkan adalah mendesain model
pembangkit listrik tenaga solar cell dan turbin
angin, survey dan belanja perlengkapan dan alat
yang digunakan, menyiapkan instrument dan
alat ukur.
 Tahap Perancangan.
Setelah alat dan bahan telah lengkap, langkah
selanjutnya adalah perancangan pembangkit
listrik hibrid, langkah – langkah perancangan
pembangkit listrik listrik hibrid adalah sebagai
berikut:
 Merakit modul solar cell dan turbin
angin pada tiang utama.
 Memasang instrumen solar power
meter, inveter, mcb, sekering, dan
beban lampu pada panel kelistrikan.
 Prosedur Pengujian
 Pasang dan setting panel solar cell dan
turbin angin saat pukul 07.00 – 18.00
WIB.
 Siapkan beban dengan rencana total 200
Watt.
 Pengambilan data dilakukan pada pukul
07.00 – 18.00 WIB
 Saat mulai running, solar power meter
akan menangkap posisi intensitas energi
Instrumen Dan Alat Penelitian
Instrumen dan peralatan merupakan peralatan uji
yang digunakan untuk memperoleh data penulisan.
Instrumen dan peralatan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah:
65
JTM. Volume 05 Nomor 01 Tahun 2017, Hal 63-68



cahaya
yang
terbesar.
Setelah
menangkap intensitas energi cahaya,
maka mengubah posisi modul surya ke
arah intensitas energi cahaya yang besar
yang terbaca oleh solar power meter.
Ukur arus, voltase keluaran, dan
intensitas
energi
surya
dengan
menggunakan amperemeter, voltmeter,
dan solar power meter tiap 15 menit
dari pukul 07.00 s.d. 18.00 WIB.
Apabila modul surya tidak dapat
memenuhi daya rencana, turbin angin
secara otomatis akan bekerja untuk
menambah daya (dikarenakan system
kelistrikan yang saling terhubungan
dengan solar cell).
Ukur arus dan voltase keluaran dengan
menggunakan
amperemeter
dan
voltmeter.
V, I 2.10 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
18.00 dengan V sebesar 5.1 V, I 0.00 A.
Pengujian pada turbin angin Hari pertama nilai
tertinggi yaitu pukul 15.00 dengan V sebesar 13.1
V, I 0.30 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
17.00 dengan V sebesar 9.5 V, I 0.01 A.
Tabel 2 Hasil pengujian pada beban
 Hari kedua pengujian pada solar cell nilai
tertinggi yaitu pukul 15.00 dengan V sebesar 13.0
V, I 3.25 A, Ampere sesudah inverter sebesar
0.10 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
18.00 dengan V sebesar 3.5 V, I 0.04 A.
Pengujian pada turbin angin Hari kedua nilai
tertinggi yaitu pukul 17.15 dengan V sebesar 10.9
V, I 0.04 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
15.00 dengan V sebesar 9.5 V, I 0.01 A.
Teknik Analisis Data
Teknik analisis data yang digunakan untuk
menganalisa data pada penelitian ini adalah statistika
deskriptif. Sehingga analisis data dilakukan dengan
cara menelaah data yang diperoleh dari eksperimen,
dimana hasilnya berupa data kuantitatif dalam bentuk
tabel dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Langkah
selanjutnya
adalah
mendepenelitiankan
atau
menggambarkan data tersebut sebagaimana adanya
dalam kalimat yang mudah dibaca, dipahami, dan
dipresentasikan sehingga pada intinya adalah sebagai
upaya memberi jawaban atas permasalahan yang
diteliti (Sugiyono, 2007:147).
Tabel 3 Hasil pengujian pada beban
Perhitungan dan Analisa Data
Data yang diperoleh dari pengujian solar cell dan
turbin angin dengan menghadap arah utara dan turbin
angin dengan mengikuti arah angin, maka hasil akan
ditampilkan pada table – table dibawah ini :
Tabel 1 Hasil pengujian pada beban
 Hari ketiga pengujian pada solar cell nilai
tertinggi yaitu pukul 15.00 dengan V sebesar 13.4
V, I 3.30 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
18.00 dengan V sebesar 2.2 V, I 0.00 A.
Pengujian pada turbin angin Hari ketiga nilai
tertinggi yaitu pukul 15.00 dengan V sebesar 13.1
V, I 0.30 A, sedangkan nilai terendah yaitu pukul
17.00 dengan V sebesar 9.5 V, I 0.01 A. Daya
diperoleh dari perkalian tegangan dan arus.
Pembahasan
 Efisiensi merupakan salah satu parameter untuk
mengetahui sebaik apa sebuah alat bekerja.
Efisiensi solar cell yang diperoleh diatas
merupakan hasil perbandingan antara daya
masukan dan daya keluaran. Tabel diatas terjadi
perbedaan hasil yang diperoleh setiap waktunya
hal ini di karenakan faktor yang mempengaruhi
 Hari pertama pengujian pada solar cell nilai
tertinggi yaitu pukul 15.00 dengan V sebesar 14.4
66
Pengaruh Penggunaan Beban Terhadap Performa Pembangkit Listrik Skala Rumah Tangga
efisiensi yaitu daya masukan dan daya keluaran
yang dihasilkan juga berbeda tiap waktunya.
Daya masukan merupakan hasil inputan dari
sinar matahari ke solar cell, berikut grafik daya
masukan.
dengan daya masukkan dikarenakan faktor yang
mempengaruhi sama yakni intensitas matahari.
Gambar 6 Efisiensi solar cell
 Gambar 6 menunjukkan bahwa pada hari pertama
rata efisiensi yang diperoleh yaitu sebesar
15.63%, hari kedua sebesar 10.96% sedangkan
pada hari ketiga sebesar 13.89% dan efisiensi rata
– rata dalam tiga hari sebesar 13.50%. Semakin
dekat letak solar cell dengan sinar matahari maka
besar intensitas matahari yang mampu ditangkap
akan lebih besar juga, pada prinsipnya ini mampu
menghasilkan
arus
yang
besar
dengan
dijumlahkan setiap solar cell sedangkan tegangan
yang diperoleh sama,
Gambar 4 Daya masukan solar cell

Gambar 4 menunjukkan bahwa daya masukan
diperoleh dari hasil intensitas matahari dengan
luas solas cell, jadi faktor yang mempengaruhi
besar daya masukan ada dua yaitu besar intensitas
matahari dan luas permukaan solar cell. Dari
kedua faktor luasa permukaan solar cell tidak bisa
berubah yaitu sebesar 1.309 m², sedangkan faktor
intensitas matahari bisa berubah dari sinar
matahari itu sendiri. Uraian diatas dapat
disimpulkan bahwa hubungan daya masukkan
berbanding lurus dengan besar intensitas matahari
yaitu jika semakin besar intensitas matahari
semakin besar juga daya masukkan yang
diperoleh hal ini dikarenakan faktor luasan
permukaan tidak mempengaruhi besarnya daya
masukkan.
Selain daya masukan faktor yang
mempengaruhi besarnya efisiensi adalah daya
keluaran yang dihasilkan solar cell.
Gambar 7 Daya masukan turbin angin
 Gambar 7 menunjukkan bahwa dapat disimpulkan
bahwa hubungan daya masukkan berbanding
lurus dengan besar kecepatan angin yaitu jika
semakin besar kecepatan angin semakin besar
juga daya masukkan yang diperoleh hal ini
dikarenakan
faktor
jumlah
bilah
tidak
mempengaruhi besarnya daya masukkan. selain
daya masukan faktor yang mempengaruhi
besarnya efisiensi adalah daya keluaran yang
dihasilkan turbin angin.
Gambar 5 Daya keluaran solar cell

Gambar 5 menunjukkan bahwa daya keluaran ini
merupakan hasil perkalian antara Isc dengan Voc
yang dihasilkan solar cell, sedangkan besar nilai
Isc dan Voc dipengaruhi oleh besar intensitas
matahari yang diperoleh. Jika intensitas matahari
bernilai besar maka Isc yang diperoleh juga akan
besar dan sebaliknya, sedangkan pada perolehan
Voc hanya terjadi perubahan kecil seiring
kenaikan nilai intensitas matahari. Dapat
disimpulkan bahwa besar nilai daya keluaran
yang diperoleh berbanding lurus dengan besar
intensitas matahari yang diperoleh. Hal ini juga
dibuktikan dengan alur garis grafik yang sama
Gambar 8 Daya keluaran turbin angina
 Gambar 8 menunjukkan bahwa daya keluaran ini
merupakan hasil perkalian antara Isc dengan Voc
67
JTM. Volume 05 Nomor 01 Tahun 2017, Hal 63-68
yang dihasilkan turbin angin, sedangkan besar
nilai Isc dan Voc dipengaruhi oleh kecepatan
angin yang diperoleh. Jika kecepatan angin
bernilai besar maka Isc yang diperoleh juga akan
besar dan sebaliknya, sedangkan pada perolehan
Voc hanya terjadi perubahan kecil seiring
kenaikan nilai
kecepatan angin. Dapat
disimpulkan bahwa besar nilai daya keluaran
yang diperoleh berbanding lurus dengan besar
kecepatan angin yang diperoleh.
yang lebih maksimal mengenai beban transient
dan performa pada solar cell dan turbin angin.
 Sebaiknya melakukan pengambilan data yang
berhubungan dengan solar cell dan turbin angin
diusahakan pada lahan terbuka luas agar cahaya
dan angin dapat diterima secara maksimal pada
solar cell dan turbin angin.
DAFTAR PUSTAKA
Alfanz, Rocky, 2015, Perancangan, Pembuatan, dan
Pengujian Solar Cell Performa Pasokan
Listrik Rumah Tangga, Universitas Sultan
Ageng Tirtayasa.
Benjamin C. Kuo, 1982, Automatic Control Systems,
Prentice-Hall Of India, New Delhi.
Desya, Andhika A, 2011, Perancangan, Pembuatan,
dan Pengujian Turbin Angin Performa, Institut
Teknologi Bandung.
Energi Terbarukan Indonesia, 2006, Energi
Terbarukan,
http://energiterbarukanindonesia.com, akses
13 Oktober 2012.
Hamzah, Hilal. 1993. Pemanfaatan Energi
Terbarukan untuk Wilayah Terpencil.
Presentasi
Ilmiah Lustrum VI Eletronika Universitas hasanudin.
Ujung Pandang.
Gambar 9 Efisiensi turbin angin

Gambar 9 menunjukkan bahwa pada hari pertama
efisiensi yang diperoleh yaitu sebesar 10.0%, hari
kedua sebesar 21.3% sedangkan pada hari ketiga
sebesar 17.7% dan efisiensi rata – rata dalam tiga
hari sebesar 16.33%. Semakin besar kecepatan
angin maka besar kecepatan angin yang mampu
ditangkap akan lebih besar juga, pada prinsipnya
ini mampu menghasilkan arus yang besar dengan
dijumlahkan setiap turbin angin sedangkan
tegangan yang diperoleh sama, yang artinya
dengan besarya arus daya keluaran yang
dihasilkan akan besar sehingga efisiensi akan
bertambah besar juga.
Jusuf, Tedjo. Listrik Sel Surya sebagai Energi
Alternatif, Jawa Pos.
Raharjo, Puloeng, 2013, Perancangan, dan Pengujian
Sistem Hibrid Solar Cell Performa
Controllers, Universitas Jember.
Sutjahjo, Dwi Heru, 2013, Rancang Bangun Layout
dan Penempatan Sel Surya Pada Prototipe
Mobil Tenaga Surya, Universitas Negeri
Surabaya.
PENUTUP
Kesimpulan
 Pengaruh perubahan beban pembangkit listrik
hybrid solar cell menghasilkan daya listrik
perhari (07.00 – 15.00) sebesar 175.35 W
sedangkan turbin angin menghasilkan daya
perhari (07.00 – 15.00) 32.30 W. Sehingga dari
sumber pemasukan listrik menghasilkan daya =
175.35 W + 32.30 W = 207.65 W. Penggunaan
beban minimal 100 W selama 3 jam
membutuhkan daya sebesar 101.6 W dan beban
maksimal 200 W membutuhkan daya sebesar
202.1 W. Perubahan beban pada sistem
pembangkit listrik solar cell dan turbin angin
masih dapat menyuplai beban tersebut dengan
(207.65 W) – (202.1 W) = 5.55 W.
Saran
 Sebaiknya dilakukan penambahan kapasitas
baterai dan instrument untuk mendapatkan hasil
68