i

SKRIPSI

ANALISIS TURBIN ANGIN HORIZONTAL TIPE TSD 500

DENGAN DAYA 500 WATT UNTUK KEBUTUHAN RUMAH

TANGGA DI PT. LENTERA BUMI NUSANTARA (LBN) DI

CIHERAS JAWA BARAT

Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Studi Jenjang Strata 1

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Sains &

Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Disusun oleh :

RIYAN WICAKSONO

141.03.1088

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2020

ii

THESIS

HORIZONTAL WIND TURBINE ANALYSIS TYPE 500 USES

500 WATTS OF POWER FOR HOUSEHOLD NEEDS IN PT.

LENTERA BUMI NUSANTARA (LBN) CIHERAS WEST JAVA

Arranged to fulfil the requitment for completing undergraduate degree

Department of Mechanical Engineering,Faculty of Industrial Technology

Institute of science & Technology AKPRIND Yogyakarta.

Written by :

RIYAN WICAKSONO

141.03.1088

STUDY PROGRAM STRATA 1

MAJORING IN MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF INDUSTRIAL ENGINEERING

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHOLOGY

AKPRIND

YOGYAKARTA

2020

iii

iv

v

vi

HALAMAN MOTTO

“Orang hebat tidak dihasilkan dari kemudahan,kesenangan,dan kenyamanan.

Mereka dibentuk melalui kesulitan.tantangan dan air mata.”

(Dahlan Iskan )

“Saya Bukan Apa-apa Tapi Harus Menjadi Segalanya”

(Karl Marx)

“

“hidup bukan tentang siapa Anda atau apa yang Anda sebabkan adalah tentang

menciptakan”

(Ricky Elson)

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya

kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Shalawat dan salam senantiasa tercurah kepada Rasulullah SAW yang

mengantarkan manusia dari zaman kegelapan ke zaman yang terang benderang ini.

Penyusunan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian syarat-syarat guna

mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin di Institut Sains dan Teknologi Akademi

Perindustian Yogyakarta

Penulis menyadari bahwa penulisan ini tidak dapat terselesaikan tanpa

dukungan dari berbagai pihak baik moril maupun materil. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dalam penyusunan skripsi ini terutama kepada:

1. Kedua orang tua, ayahanda tercinta Paryana dan ibunda tersayang Rahayu

yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil serta doa yang

tiada henti-hentinya kepada penulis.

2. Segenap keluarga dan teman yang telah menyemangati dan membantu

penyelesaian skripsi ini.

3. Dr. Amir Hamzah, M.T selaku Rektor Institut Sains & Teknologi

AKPRIND Yogyakarta.

4. Nidi Lestari,S.T.,M.Eng. selaku Ketua Jurusan Mesin Institut Sains &

Teknologi AKPRIND Yogyakarta.

5. Bapak Drs. Khoirul Muhajir ,MT. selaku dosen Pembimbing Skripsi I yang

telah berkenan memberikan tambahan ilmu dan solusi pada setiap

permasalahan atas kesulitan dalam penulisan skripsi ini.

6. Bapak Prof. Dr. Ir. Sudarsono, M.T. selaku dosen Pembimbing Skripsi II

yang telah berkenan memberikan tambahan ilmu dan solusi pada setiap

permasalahan atas kesulitan dalam penulisan skripsi ini.

viii

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………. i

HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………... iii

HALAMAN PENGUJI…………………………………………………………..iv

KATA PENGANTAR …………………………………………………………..viii

DAFTAR ISI…………………………………………………………………….ix

DAFTAR TABEL....…………………………………………………………….xii

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………….......xiii

ABSTRAK …………………………………………………………………....... xv

BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………. 1

1.1 Latar Belakang…………………………………………………………..1

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………….4

1.3 Batasan Masalah………………………………………………………… 4

1.4 Tujuan…………………………………………………………………....5

1.5 Manfaat………………………………………………………………......5

1.6 Metode Pengumpulan Data……………………………………………... 5

BAB II KAJIAN TEORI………………………………………………………..... 7

2.1 TINJAUAN PUSTAKA………………………………………………… 7

2.2 DASAR TEORI ...………………………………………………………11

2.3 Energi Angin………………………………………………………12

2.4 Teori Momentum Elemneter Betz ……………………………………...13

2.4.1 Daya Angin ………………………………………………………..15

2.4.2 Energi Kinetik Angin ……………………………………………...16

2.5 Turbin Angin Sumbu Horizontal ……………………………………….18

2.5.1 Turbin angin sumbu horizontal (TASH) …………………………..21

2.5.2 Tip Speed Ratio ……………………………………………………26

x

2.5.3 Turbin angin poros horizontal (HAWT). ………………………….26

2.5.4 Energi Kinetik Angin. ……………………………………………..28

2.6 Energi energi yang terdapat pada angin ………………………………..29

2.6.1 Teori Momentum Elementer Betz.………………………………...31

2.7 Maksimum Power Point Tracker ……………………………………….31

2.8 Blade ……………………………………………………………………35

2.9 Sistem Turbin Angin …………………………………………………...39

2.9.1 THE SKY DANCER………………………………………………40

2.9.2 Teknologi Cogging-less …………………………………………...41

2.9.3 GENERATOR …………………………………………………….42

2.9.4 FIN ………………………………………………………………...43

2.9.5 CONTROLLER …………………………………………………43

2.9.6 MPPT ……………………………………………………………...44

2.9.7 Data Logger………………………………………………………..45

2.9.8 Batrai ………………………………………………………………45

2.9.9 Inverter …………………………………………………………….46

BAB III METODOLOGI PENELITIAN………………………………………48

3.1 Diagram Alir Penelitian………………………………………………...48

3.2 Alat dan Bahan …………………………………………………………49

3.3 Alat ……………………………………………………………………..49

3.4 Bahan………………………………………… ….……………………..50

3.5 Prosedur Penelitian ……………………………………………………..50

3.6 Observasi (pengamatan). ……………………………………………….51

3.7 Wawancara. …………………………………………………………….51

3.8 Dokumentasi. …………………………………………………………...51

3.9 Pencatatan data hasil pengujian ………………………………………..51

xi

3.10 Standar Pengujian ………………………………………………………51

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN…………………….……………... 53

4.1 Analisa The Sky Dancer-500 (TSD-500) ……………………………...53

4.2 Pengukuran Potensi Energi Angin ……………………………………..56

4.3 Pengukuran Kecepatan Angin ………………………………………….57

4.4 Charger Controller……………………………………………………..65

4.5 Rectifier ………………………………………………………………...66

4.6 Baterai ………………………………………………………………...68

4.7 Inverter …………………………………………………………………70

4.8 BEBAN…………………………………………………………………71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………… 75

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………………..75

5.2 Saran ……………………………………………………………………76

DAFTAR PUSTAKA

lAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Spesifikasi PMSG TD500 Neidec......................................................... 54

Tabel 4.2 Spesifikasi Inverter Conxt SW Schneider ............................................. 54

Tabel 4.3 Spesifikasi Turbin Angin TSD 500 (The Sky Dancer) ......................... 56

Tabel 4.4 Data Kecepatan Angin Berserta Daya yang dihasilkan ........................ 58

Tabel 4.5 Kecapatan Angin Rata-rata Bulan Agustus .......................................... 59

Tabel 4.6 Spesifikasi Kekuatan Angin dalam Kondisi Alam ............................... 60

Tabel 4.7 Kecepatan Rata-rata Angin Pada Siang,Malam,dan Dinihari .............. 61

Tabel 4.8 Daya ,Tegangan dan Arus pada bulan Agustus .................................... 63

Tabel 4.9 Perhitungan Charging Tegangan dan Arus di charger controller ........ 68

Tabel 4.10 spesifikasi baterai OpZs 800 ............................................................... 68

Tabel 4.11 Profil beban dengan pengunaan jenis peralatan ................................. 71

Tabel 4.12 Profil beban dengan pemakaian daya jumlah rata-rata ....................... 71

Tabel 4.13 Pengunaan beban-beban pada rumah tangga ...................................... 73

Tabel 4.14 Rata-rata arus yang digunakan tiap harinya ........................................ 73

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Teori Momentum Bangun Rotor Berputar (Hau, 2006) .................... 13

Gambar 2.2 Model Aliran dari Teori Momentum Beltz (Hau, 2006) ................... 14

Gambar 2.3 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Sebelum

dan Setelah Konversi Energi (Hau, 2006)............................................................. 15

Gambar 2.4 Skema aliran energi angin mekanik turbin angin (LAN 2014) ........ 19

Gambar 2.5 Efisiensi Turbin angina berdasarkan tipenya .................................... 20

Gambar 2.6 Turbin angin sumbu horizontal. (Alamsyah, 2007) .......................... 22

Gambar 2.7 (VAWT). (Alamsyah, 2007) ............................................................. 24

Gambar 2.8 Alat ukur angin (H,Piggot,2011) ....................................................... 30

Gambar 2.9 Data Logger ....................................................................................... 31

Gambar 2.10 Daya output turbin angin. (Hidayatullah,dkk,2016) ....................... 32

Gambar 2.11 Rangkaian Maksimum Power Point Tracker (MPPT)(Lan,2014) .. 33

Gambar 2.12 Pemodelan Sistem Tanpa MMPT (Hidayatullah,dkk,2016) ........... 34

Gambar 2.13 Bagian-bagian Blade (Lan,2014). ................................................... 36

Gambar 2.14 Jenis-Jenis Blade (Lan,2014) .......................................................... 37

Gambar 2.15 Skema Turbin Angin (Lan,2014) .................................................... 40

Gambar 2.16 Skema Generator energy mekanik energi listirk (Lan,2014) .......... 43

Gambar 2.17 Ekor Fin (Lan,2014) ........................................................................ 43

Gambar 2.18 Controller (Lan,2014)...................................................................... 44

Gambar 2.19 Data Logger (Lan,2014) .................................................................. 45

Gambar 2.20 Batre (Lan,2014) ............................................................................. 46

Gambar 2.21 Inverter EVEPER ............................................................................ 47

xiv

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan ................................................................ 48

Gambar 4.1 Diagram Alur Wind Turbine PT. Lentera Bumi Nusantara ............. 53

Gambar 4.2 Kincir Angin The Sky Dancer ........................................................... 55

Gambar 4.3 Data Kecepatan Angin Beserta Daya yang Dihasilkan ..................... 58

Gambar 4.4 Rata-rata kecepatan angina harian..................................................... 50

Gambar 4.5 Kecepatan Angin ............................................................................... 62

Gambar 4.6 Arus dan Tegangan pada generator ................................................... 63

Gambar 4.7 Hasil Tegangan dengan Arus dalam Bulan Agustus ......................... 65

Gambar 4.8 Hasil Daya Dalam Bulan Agustus ..................................................... 65

Gambar 4.9 Charger Controller............................................................................. 66

Gambar 4.10 Rangkaian Rectifier ......................................................................... 66

Gambar 4.11 Hasil Tegangan dan Arus Keluaran Penyearah dari........................ 67

Gambar 4.12 Batteries OPzs 800 .......................................................................... 68

Gambar 4.13 Inverter EVEPER ............................................................................ 70

Gambar 4.14 Hasil dari daya pemakaian di PT LBN............................................ 72

xv

ABSTRAK

Tenaga listrik sebagai salah satu sistem energi mempunyai peranan yang sangat

penting dalam pembangunan ekonomi suatu negara. Saat ini, perkembangan energi

terbarukan bertenaga angin menjadi fokus penelitian dan industriawan dikarenakan

Indonesia berada di daerah ekuado yang mendapatkan pergerakan udara lebih

banyak. Tujuan penelitian ini ialah Untuk mengetahui mengetahui seberapa besar

tegangan yang dihasilkan oleh turbin berdasarkan kecepatan turbin angin yang

terukur di PT LBN dan untuk mengetahui seberapa besar efisiensi system turbin

angin yang digunakan berdasarkan setiap kecepatan yang terukur di dengan

perbebanan di PT LBN.

Hasil menunjukan bahwa pengukuran kecepatan angin selama bulan agustus

ditunjukan angin sebesar 8,8 m/s dan kecepatan terendah pada bulan sebesar 3,8

m/s. Pada tengangan dengan nilai rata-rata 25.4 Volt dan arus dengan rata-rata 5

Ampere. Dari perhitungan tersebut didapat kebutuhan Baterai tipe Baterai OPzS

800 yang mempunyai tegangan normal 2 Volt, kapasitas 800 Ah atau 1,6 KWh.

Pada simulasi digunakan ini dalam satu stringnya terdapat 12 buah baterai karena

mengingat tegangan masukan inverter 24 V baterai sebanyak 5 buah. Hasil daya

500 watt, setiap keluarga bisa menikmati dampak dari pembangkit listrik tenaga

bayu yang di buat oleh PT. LBN. Hasil daya input 2332 Watt dengan pemakaian 3

buah batre.

Kata Kunci: Energi Angin, PT. Lentera Bumi Nusantara,

1

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tenaga listrik sebagai salah satu sistem energi mempunyai peranan yang

sangat penting dalam pembangunan ekonomi suatu negara. Terlebih pada masa

sekarang ini, muncul tantangan dan dimensi-dimensi baru yang dihadapi umat

manusia sejalan dengan bertambahnya jumlah penduduk menyebabkan aspekaspek

kehidupan yang harus dipenuhi oleh pengadaan tenaga listrik semakin meningkat.

Kebutuhan akan listrik sangatlah besar di daerah perkotaan maupun di pedesaan,

sejalan dengan meningkatnya pembangunan kesejahteraan masyarakat, berbagai

upaya telah dilakukan untuk penyediaan listrik sampai pada pelosok-pelosok desa.

(Yuni, 2002) Keterbatasan energi listrik dan tingginya ketergantungan terhadap

bahan bakar fosil membuat pemerintah harus tanggap untuk mencari solusi dari

permasalahan tersebut dengan mencari sumber daya lain. Indonesia merupakan

negara yang kaya akan potensi sumber daya alam yang melimpah, baik matahari,

air dan angin merupakan alternatif peluang energi yang dapat dimanfaatkan sebaik

mungkin oleh pemerintah. Masyarakat sekarang sangat bergantung pada listrik dari

bahan bakar fosil, tidak hanya sebagai penerangan juga mendukung kegiatan

ekonomi.

Indonesia merupakan salah satu negara dengan sumber daya alam berlimpah

yang berpotensi menjadi energi terbarukan. Saat ini, perkembangan energi

terbarukan bertenaga angin menjadi fokus penelitian dari para penelitia dan

2

industriawan dikarenakan Indonesia berada di daerah ekuado yang mendapatkan

pergerakan udara lebih banyak (Zahra dan Situmoan, 2015). Ketergantungan

terhadap bahan fosul fuels dapat dipecahkan dengan menggunakan energi bertenaga

angin. Hasil mapping oleh Lembaga penerbangan Antariksa Nasional Indonesia

melaporkan bahwa kecepatan angin rata-rata di Indonesia diatas 5 m/s (Gilbran

dkk., 2015)Salah satu pemanfaatan energi angin adalah penggunaan turbin angin

yang banyak digunakan untuk kebutuhan pertanian, seperti untuk menggerakkan

pompa untuk keperluan irigasi, serta kebutuhan akan energi yaitu sebagai

pembangkit listrik energi angin. Berbagai macam penemuan turbin angin sebagai

pembangkit energi alternatif sudah ditemukan sejak lama dengan berbagai macam

bentuk desain.

Aplikasi turbin angin kecil dan turbin angin besar berkembang di beberapa

negara sebagai alternatif penyediaan kebutuhan listrik yang terus meningkat.

Berbagai upaya telah dan terus dilakukan dalam mengembangkan teknologi energi

angin yang berwawasan lingkungan tersebut guna mendapatkan hasil yang semakin

efisien dan berdaya saing.

Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) yang kita kenal adalah dua turbin

angin pada umumnya yaitu turbin angin poros horizontal dan turbin angin poros

vertikal merupakan salah satu jenis energi terbarukan yang memanfaatkan angin

sebagai energi pembangkitnya. Karena angin terdapat dimana-mana sehingga

mudah untuk didapatkan serta tidak membutuhkan biaya yang banyak. Karena

listrik tidak dihasilkan langsung oleh alam maka untuk memanfaatkan energi angin

ini di perlukan sebuah alat yang bekerja dan menghasilkan energi listrik.

Diantaranya Alat yang digunakan adalah kincir angin. Kincir angin ini akan

3

menangkap angin dan akan menggerakan generator yang nantinya akan

menghasilkan energi listrik.

Pemanfaatan energi angin di Indonesia sekarang ini diarahkan untuk listrik

pedesaandan berkontribusi sebagai energi alternatif di masa mendatang.

Penggunaan turbin angin kecil memiliki potensi yang cukup baik, sementara

penggunaan turbin angin besar juga dimungkinkan. Dengan terus berkembangnya

teknologi energi angin dan meningkatnya kebutuhan energi, sistem energi angin ini

akan semakin berdaya sain

Dalam rangka pengembangan turbin angin poros horizontal (Horizontal Axis

Wind Turbin ) telah dilakukan banyak penelitian untuk menghasilkan sistem yang

mampu bekerja secara hidaimal. Dimana kincir ini dapat ditingkatkan efisiensinya

untuk mendapat koefisien daya yang maksimal. Salah satunya dengan mengunakan

sudu berjumlah banyak. Koefisien daya yang maksimal ini akan meningkatkan

jumlah Watt (daya) yang dihasilkan sehingga untuk mendapatkan jumlah watt

tertentu cukup dengan menggunakan jumlah kincir angin yang lebih sedikit.

Dalam pemilihan tipe bilah sangat penting, terdapat beberapa faktor yang

harus diperhatika yaitu faktor koefisien daya (CP) dan tip speed ratio (TSR).

Semakin besar nilai Cp menunjukkan kemampuan sebuah turbin untuk

mendapatkan energi semakin tinggi. Demikian juga dengan nilai TSR; semakin

besar nilai TSR maka akan semakin besar putarannya. Hal ini berarti bahwa

kecepatan angin, tip speed ratio, koefisien lift dan drag merupakan parameter yang

penting untuk diselidiki dari bilah jenis taperless ini karena dapat mempengaruhi

performansi dari suatu turbin.

4

Oleh sebab itu, studi ini skripsi untuk menganalisa turbin angin horozontal

tipe The Sky Dancer-500 (TSD-500) dengan daya 500 watt untuk kebutuhan rumah

tangga di PT. Lentera Bumi Nusantara (LBN) Ciheras, Jawa Barat.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah yaitu :

1. Menganalisis turbin angin horizontal The Sky Dancer-500 (TSD-500)

dengan daya 500 watt untuk kebutuhan rumah tangga di pt lentera bumi

nusantra (LBN) ?

2. Analisis pengunaan The Sky Dancer untuk kebutuhan rumah tangga?

3. Mengetahui sistem Storered pada keperluan rumah tangga?

4. Menghitung kebutuhan batere yanga akan digunakan perumahan tersebut

(dibandingkan beban tersebut berapa kwh ) ?

1.3 Batasan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah penelitian diatas, supaya pembahasan tidak

terlalu luas maka diperlukan suatu pembatasan masalah yaitu :

1. Hanya menggunakan turbin angin tipe The Sky Dancer-500 (TSD-500).

2. Pengambilan dan analisa data meliputi kecepatan angin, kecepatan putar

rotor turbin, tegangan dan arus keluaran, serta daya keluaran.

3. Tidak membahas pengaruh cuaca dan iklim.

5

1.4 Tujuan

Penelitian yang diusulkan dalam skripsi ini memiliki beberapa tujuan

diantaranya yaitu :

1. Untuk mengetahui mengetahui seberapa besar tegangan yang dihasilkan

oleh turbin berdasarkan kecepatan turbin angin yang terukur di PT LBN .

2. Memperoleh sumber energi yang murah dan tidak dapat habis.

3. Memperoleh energi yang ramah lingkungan.

4. Mencari alternatif pengganti energi minyak dan gas.

5. Mengembangkan teknologi tepat guna bagi masyarakat pedesaan.

6. Membantu memecahkan masalah pemerataan listrik bagi masyarakat

pedesaan. di PT LBN.

1.5 Manfaat

1. Mengetahui tentang turbin

2. Mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh turbin angin sumbu

horizontal 500 watt.

3. Mengetahui daya 500 watt untuk kebutuhan rumah tangga.

4. Penelitian ini dapat dijadikan sebagai tolak ukur dan referensi penerapan

secara langsung untuk bidang energi terbarukan dan khususnya menjadi

patokan bila ingin membangun PLTB.

1.6 Metode Pengumpulan Data

Untuk dapat mengumpulkan data atau masukan dalam menyusun laporan

skripsi, penulis menggunakan beberapa metode pengumpulan data, yaitu :

1. Metode Observasi

6

Dalam metode ini pengumpulan data dilakukan dengan mengamati data

dilapangan.

2. Metode Studi Literatur

Metode kepustakaan adalah pengumpulan data-data yang diperoleh dari

buku-buku yang berkaitan dengan turbin angin digunakan dan

melengkapi ilmu penyusunan skripsi.

3. Metode Wawancara

Dalam metode ini pengumpulan data dilakukan dengan bertanya

langsung kepada responden dalam hal ini adalah dari dosen pembimbing.

4. Internet

Pengumpulan data berasal dari program-program disitus internet yang

dapat dijadikan sebagai data maupun referensi lainnya.

7

2 BAB II

DASAR TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Menurut Jain B (2015) hasil dari sistem konversi energi angin (WECS)

dihubungkan dengan sistem utilitas melalui konverter elektronik daya yang

memainkan peran penting dalam integrasi tenaga angin ke dalam jaringan listrik.

Gangguan kualitas daya utama karena integrasi WECS ke jaringan adalah variasi

daya dan harmonisa. Untuk mempertahankan sinkronisasi kisi dan menjaga distorsi

harmonik total (THD) dalam batas operasional, diperlukan skema kontrol yang

sesuai untuk konverter sisi kisi. Tujuan utama dari pengontrol sisi kisi adalah untuk

mengontrol daya yang dikirim ke kisi, sinkronisasi kisi, untuk memasok daya

berkualitas tinggi ke kisi dan untuk memenuhi kepatuhan kode kisi

Prajapat (2018) menerangkan bahwa hasil dari jurnal tersebut turbin angin

bukan sumber daya yang stabil dan konstan, yang sebagian besar bergantung pada

variasi alami dalam kecepatan angin dari waktu ke waktu. Beda dengan penelitian

lainya untuk merancang turbin angin dengan pengaturan terhadap variasi kecepatan

angin dengan memanfaatkan energi angin yang ada di Indonesia. Metode

perancangan yang dilakukan dengan cara analisis perhitungan numerik dan gambar

rancangan dengan menggunakan software AutoCAD Sulaksono (2019).

Sari, N (2019) meneranhgkan bahwa hasil studi menunjukkan bahwa bilah

pada turbin angin sesuai untuk kecepatan angin yang ada di Tasikmalaya dalam

kisaran 7-12 m/s dengan nilai Cp maksimum 0,5. Material bilah taperless ini

8

disarankan adalah kayu mahoni; dikarenakan ringan, kuat dan mudah dibandingkan

dengan besi dan plastik. Desain bilah taperless ini diharapkan dapat menjadi

alternatif bilah pada turbin angin untuk angin yang berkecepatan sedang,

Sedangkan hasil dari penelitan jurnal keserupaan karakter kinerjanya dipengaruhi

oleh kesamaan nilai bilangan Reynolds dari miniatur dan prototipe. Kesamaan nilai

bilangan Reynolds keduanya akan mempengaruhi besar rasio kecepatan angin untuk

pengujian miniatur terhadap kecepatan angin operasional prototipe turbin. Semakin

kecil miniatur turbin angin, maka semakin besar pula kecepatan angin yang

dibutuhkan untuk pengujian miniatur tersebut, Saefudin, dkk (2018).

Effendy, M. (2016) menerangkan bahwa hasil dari penelitian jurnal beberapa

cara untuk meningkatkan kapasitas daya listrik Pembangkit Listrik Tenaga Bayu

(PLTB) misalnya dengan menambah jumlah pembangkit, namun cara ini cukup

mahal, karena harus membangun pembangkit baru. Cara lain yaitu dengan

meningkatkan efisiensi daya keluaran listrik pembangkit listrik tenaga bayu yang

sudah ada. Salah satu cara adalah menggunakan teknologi Maximum Power Point

Tracking (MPPT)

Akbar (2017) menerangkan bahwa hasil dari penelitian membahas mengenai

desain kontrol MPPT menggunakan metode Perturb & Observe yang berbasis

Optimum Relation pada Turbin angin yang tidak menggunakan sensor mekanik.

Diharapkan dengan penggunaan Perturb & Obseve berbasis Optimum Relation ini

akan memberikan daya keluaran yang optimal dan dapat sehingga efisien ketika

terhubung dengan grid. Mendapatkan hasil dari penelitian ini penggunaan turbin

angin pada suatu daerah yang memiliki skala kecepatan angin rendah diperlukan

untuk efisiensi penggunaan turbin angin dan penggunaan pada skala rumah

9

tangga.Pemilihan jumlah sudu pada turbin berdasarkan pada rancangan kecepatan

turbin dan beberapa airfoil yang cocok untuk diterapkan pada turbin angin sumbu

horizontal dengan skala kecil hingga besar Pada turbin angin, desain sudu

merupakan hal yang paling penting karena sudu merupakan komponen utama yang

menangkap angin untuk kemudian dikonversikan menjadi gerakan mekanik

Yuhendri (2017), Penelitian ini membahas peningkatan performansi

pembangkit listrik tenaga angin yang menggunakan PMSG dengan cara

meningkatkan efisiensi dan kualitas daya pembangkit. Peningkatan efisiensi

dilakukan dengan mendesain sistem kendali MPPT, sedangkan peningkatan

kualitas daya pembangkit dilakukan dengan memilih jenis konverter daya yang

rendah harmonisa.

Hermawan, D. (2016) Hasil dari penelitian ini Jumlah blade mempengaruhi

unjuk kerja kincir angin poros horizontal dimana dari hasil pengujian untuk blade

dengan variasi jumlah blade tiga dan lima yang telah dilakukan jumlah blade tiga

menghasilkan unjuk kerja yang lebih baik dibandingkan dengan jumlah blade

lima.Hal ini dikarenakan blade tiga mempunyai jarak antara blade satu dengan

lainnya terhadap poros blade turbin mempunyai kerenggangan yang menjadikan

aliran dapat mengalir dan menerpa blade dibelakang poros dan ini akan

meningkatkan gaya momen serta mengurangi gaya hambat pada blade, selain itu

semakin besar jumlah blade maka aliran antara blade satu dengan yang lainnya akan

saling mengganggu sehingga hasilnya jumlah blade yang menghasilkan daya yang

lebih besar adalah jumlah blade yang jumlahnya sekecil mungkin. Pada jumlah

blade yang lebih banyak maka aliran yang meninggalkan blade akan mengganggu

10

aliran yang masuk pada blade berikutnya, sehingga perlu jarak yang luas agar aliran

diantara blade tidak saling mengganggu.

Murdani, M. (2019). Hasil dari penelitian ini dengan perbandingan tegangan

antara PLTA dan PLTS menunjukkan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh PLTS

lebih besar dengan tegangan rata-rata panel surya sebesar 20,2 Vdc, sedangkan

tegangan yang dihasilkan PLTA lebih kecil dengan tegangan rata-rata generator dc

sebesar 4,4 Vdc. Hal ini menunjukkan bahwa panel surya lebih efisien digunakan

sebagai Pembangkit Energi Listrik Alternatif yang ramah lingkungan dan mampu

menghasilkan voltase yang lebih besar dari Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Wiratama, I. K.,Dkk. 2019), Hasil dari penelitian ini aplikasi energi angin

sangat banyak sector sebagai negara kepulauan, Indonesia memiliki kecepatan

angin rata-rata potensial antara 2 m / s hingga 6 m / s sebagian besar wilayahnya,

dan terutama di Nusa Tenggara, Indonesia kecepatan angin bisa mencapai di atas 5

m / s. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik kinerja turbin angin

gandar horisontal dalam kecepatan angin pada 7 m / s oleh profil blade variasi dan

jumlah blade dalam variasi bentuk 3, 4, 5, dan 6. Bentuk mata pisau yang digunakan

variasi lancip besar, setengah tipis kecil, setengah runcing dan lancip kecil dan

untuk menghasilkan angin, tes bergerak metode dengan menggunakan kendaraan

digunakan dalam tes ini.

Ismail, I., & Arrahman, T. (2017). Hasil dari penelitian ini Tip speed ratio

(rasio kecepatan ujung) adalah rasio kecepatan ujung rotor terhadap kecepatan

angin bebas. Untuk kecepatan angin nominal yang tertentu, tip speed ratio akan

berpengaruh pada kecepatan putar rotor. Turbin angin tipe lift akan memiliki tip

speed ratio yang relatif lebih besar dibandingkan dengan turbin angin tipe drag.

11

Sagoya Dkk, (2014), yang menggunakan 3 blade pada kecepatan angin 3 m/s

mempunyai nilai yang di hasilkan oleh daya poros 0,789 watt. Sedangkan dengan

turbin yang menggunakan 5 blade dimana nilai yang dihasilkan oleh daya output

sebesar 4,988 watt. Semakin tinggi kecepatan angin dan semakin banyak jumlah

blade maka semakin tinggi daya poros yang dihasilkan.Dan turbin yang

menggunakan 5 blade juga pada kecepatan angin yang sama dimana jumlah lampu

let yang dinyalakan sebanyak 36 lampu let. Semakin tinggi kecepatan angin dan

semakin banyak jumlah blade maka beban lampu yang dinyalakan juga semakin

banyak dan semakin tinggi daya output yang dihasilkan oleh generator maka

semakin tinggi pula beban lampu yang dinyalakan.

Hidayatullah, dkk (2016), Penelitian ini telah memaparkan secara

komprehensive teknologi turbin sumbu horisontal untuk pembangkit listrik tenaga

angin. Untuk meningkatkan rasio daya keluaran sistem pembangkit listrik tenaga

angin maka di gunakan metode Maximum Power Point Tracker (MPPT). Dari hasil

simulasi didapatkan bahwa sistem yang dilengkapai dengan MPPT bisa

meningkatkan efisiensi daya dari sistem. Dari kelima pengujian berdasarkan

kecepatan angin didapatkan hasil bahwa pembangkit listrik tenaga angin yang

menggunakan MPPT, rasio daya rata-ratanya lebih tinggi daripada yang tidak

menggunakan MPPT, oleh karena itu MPPT dapat digunakan untuk meningkatkan

rasio daya pembangkit listrik tenaga angin yang dihubungkan pada beban yang

bervariasi.

2.2 DASAR TEORI

Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga

karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat

12

bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah. Pemanasan oleh

matahari mengakibatkan udara akan memuai. Tekanan udara yang telah memuai

massa jenisnya menjadi lebih ringan sehingga naik (Pudjanarsa, Astu 2006).

Apabila hal tersebut terjadi, tekanan udara akan turun.

2.3 Energi Angin

Angin merupakan energi alternatif yang murah dan berpotensi untuk

dimanfaatkan sebagai sumber energi. Energi tersebut dapat dikonversikan menjadi

beberapa energi kinetik yang nantinya dapat mempermudah pekerjaan manusia. Hal

ini sudah diterapkan dalam pemanfaatan angin menjadi penggerak utama pompa air

guna untuk pengairan sawah. Proses pemanfaatan energi angin sudah dilakukan

sejak lama untuk pembangkitan energi listrik. Dengan bantuan energi angin ini

proses pengubahan energi dilakukan melalui dua tahapan konversi energi, pertama

aliran angin akan menggerakkan rotor (baling-baling) yang menyebabkan rotor

berputar selaras dengan angin yang bertiup, kemudian putaran dari rotor

dihubungkan dengan generator, dari generator inilah dihasilkan arus listrik.

(Daryanto Y. 2007)

Model sederhana dari turbin angin mengambil dasar teori dari momentum,

angin dengan kecepatan tertentu menabrak rotor yang memiliki performa sayap

atau propeller. Dalam model sederhana, dimana memungkinkan Newtonian

mechanics digunakan, aliran diasumsikan steady dan mendatar, udara diasumsikan

incompressibel dan inviscid, dan aliran downstream (aliran setelah melalui rotor)

diasumsikan konstan di sekeliling bagian streamtube dengan tidak ada diskonuitas

tekanan di seberang perbatasan streamtube. Aplikasi dari momentum dan energi

diperlihatkan dalam gambar berikut: Prastyo,(2015)

13

Gambar 2.1 Teori Momentum Dengan Mempertimbangkan Bangun Rotor

Berputar (Hau, 2006).

2.4 Teori Momentum Elemneter Betz

Menurut Betz, seorang insinyur Jerman, besarnya energy yang maksimum

dapat diserap dari angin adalah hanya 0.59259 dari energi yang tersedia. Sedangkan

hal tersebut juga dapat dicapai dengan daun turbin yang dirancang dengan sangat

baik serta dengan kecepatan keliling daun pada puncak daun sebesar 6 kali

kecepatan angin. Pada dasarnya turbin angin untuk generator listrik hanya akan

bekerja antara suatu kecepatan angin minimum, yaitu kecepatan star (Cs), dan

kecepatan nominalnya (Cr).(Andika dkk, 2007)

Teori momentum elementer Betz sederhana berdasarkan pemodelan aliran

dua dimensi angin yang mengenai rotor menjelaskan prinsip konversi energi angin

pada turbin angin. Kecepatan aliran udara berkurang dan garis aliran membelok

ketika melalui rotor dipandang pada satu bidang. Berkurangnya kecepatan aliran

udara disebabkan sebagian energi kinetik angin diserap oleh rotor turbin angin.

Pada kenyataannya, putaran rotor menghasilkan perubahan kecepatan angin pada

arah tangensial yang akibatnya mengurangi jumlah total energi yang dapat diambil

dari angin. Walaupun teori elementer Betz telah mengalami penyederhanaan,

14

namun teori ini cukup baik untuk menjelaskan bagaimana energi angin dapat

dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya. .(Andika dkk, 2007)

Gambar 2.2 Model Aliran dari Teori Momentum Beltz (Hau, 2006)

Koefisien daya hasil dari konversi daya angin ke daya mekanis turbin

tergantung pada perbandingan dari kecepatan angin sebelum dan sesudah

dikonversikan. Jika keterkaitan ini di plotke dalam grafik, secara langsung solusi

analitis juga dapat ditemukan dengan mudah. Dapat dilihat bahwa koefisien daya

mencapai maksimum pada rasio kecepatan angin tertentu seperti pada terlihat pada

gambar.(Andika dkk, 2007).

15

Gambar 2.3 Koefisien Daya Berbanding Dengan Rasio Kecepatan Aliran Sebelum

dan Setelah Konversi Energi (Hau, 2006).

Besarnya effisiensi teoritis atau maksimum dari turbin angin (Cp) adalah:

𝐶𝑝 =16

27= 0,593

Denga kata lain, turbin angin dapat mengkonversikan tidak lebih dari 60%

tenaga total angin menjadi tenaga berguna. Betz adalah orang pertama yang

menemukan nilai ini, untuk itu nilai ini disebut juga dengan Betz factor. .(Andika

dkk, 2007)

2.4.1 Daya Angin

Daya angin didapatkan dari data kerapatan udara yang ada dilokasi

penelitian yang dilakukan. Dengan adanya data kerapatan udara akan membuat

perhitungan daya angin .Dengan menganggap bahwa kecepatan udara yang

melalui penampang adalah sebesar v, maka aliran volume udara yang melalui

penampang rotor pada setiap satuan waktu pada Persamaan 1 [1]

16

V= 𝑣.A (1)

Dengan V merupakan laju volume udara m3/s, 𝑣 adalan kecepatan angin

[m/s] dan A= luas area sapuan rotor m2. Maka, laju aliran massa dapat

dirumuskan dengan Persamaan 2 [2]

m = 𝑃. 𝑣 . A (2)

Dengan ρ merupakan massa jenis udara kg/m3. Persamaan 3 yang

menyatakan energi kinetik yang melalui penampang Apada setiap satuan waktu

dapat dinyatakan sebagai daya yang melalui p

𝑃𝑉 =1

2𝜌𝐴𝑣3 (3)

PV : Daya angin (watt)

ρ : Densitas udara (kg/m2)

A : Luas rotor (m2)

v : Kecepatan angin (m/s)

Koefisien daya adalah hal penting dalam merancang turbin angin

karena menunjukkan berapa besar energi angin yang dapat diekstraksi

dari energi kinetik angin yang melalui penampang rotor. Koefisien daya

sangat mempengaruhi kinerja turbin angin, dan dipengaruhi oleh konstruksi

turbin angin dan prinsip konversi energinya.

2.4.2 Energi Kinetik Angin

Menurut ilmu fisika klasik energi kenetik dari sebuah benda dengan massa

m dan kecepatan v adalah E= 0.5.m.v 2, dengan asumsi bahwa kecepatan v tidak

17

mendekati kecepatan cahaya. Rumus tersebut diatas berlaku juga untuk menghitung

energi kinetik yang diakibatkan oleh gerakan angin. Sehingga biasa dituliskan

sebagai berikut : (Nursuhud 2008)

𝐸 = 1

2�̇�. 𝑣2

Dengan:

E = Energi (Joule)

�̇� = massa udara (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

Bila suatu blok udara yang mempunyai penampang A m2, dan bergerak

dengan kecepatan v m/s, maka jumlah massa yang melewati sesuatu tempat adalah:

�̇� = 𝜌𝐴𝑣

Dengan:

�̇� = laju aliran massa (kg/s)

A = Luas Penampang melintas aliran (𝑚2)

𝜌 = massa jenis angin (𝑘𝑔/𝑚3)

Tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang

datang, maka : (Nursuhud 2008)

𝑊𝑡𝑜𝑡 = �̇�. 𝐾𝑒 = �̇�.𝑣2

2𝑔𝑐

Dengan :

𝑊𝑡𝑜𝑡 = tenaga total (watt)

18

gc = faktor koreksi = 1 (kg/N.s2)

kemudian dari persamaan diatas disederhanakan menjadi:

𝑊𝑡𝑜𝑡 =1

2𝑔𝑐𝜌𝐴𝑣3

Daya per luas, sebagai potensi daya angin atau kerapatan daya angin (wind

power density), yaitu :

𝑊𝑡𝑜𝑡

𝐴=

1

2𝑔𝑐𝜌𝑣3

Energi kinetik yang terkandung dalam angin inilah yang ditangkap oleh turbin

angin untuk memutar rotor. Untuk menganalis seberapa besar energi angin yang

dapat diserap oleh turbin angin, digunakan Teori Momentum Elementer Betz.

2.5 Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal ialah turbin angin yang memiliki poros rotor

utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin yang berukuran kecil

diarahkan oleh baling-baling angin yang sederhana, sedangkan turbin berukuran

besar pada umumnya akan menggunakan sensor angin yang digandeng dengan

sebuah servo motor. Kebanyakan turbin angin jenis ini memiliki gearbox yang

mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat sebagai gaya masukan

untuk memutar rotor pada generator (Jasmin Martinez, 2007). Menara umumnya

menghasilkan turbulensi di belakangnya, sehingga turbin harus diarahkan melawan

arah angin yang datang padanya. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar tidak

terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi.

19

terdiri dari beberapa komponen yang dipasang utamanya pada bagian atas dari

menara. Dalam menara turbin angin, umumnya hanya terdapat tangga yang

digunakan untuk mengakses ruangan nasel pada bagian atas menara.

Turbin angin merupakan suatu bagian dari sistem pembangkit tenaga angin

dimana berperan sebagai penangkap energi angin untuk ditransformasikan

menjadienergi gerak untuk memutar generator. Ada banyak tipe dari turbin angin

menurut bentuknya. Antara lain jenis propeller, darrieus, sailwing, fan-type,

savious, tipe vertikal dan horizontal. (Hidayatullah 2016).

Setiap sistem pasti memiliki suatu tingkat efisiensi kerja karena hampir

tidak ada sistem yang mampu bekerja sempurna, seperti halnya turbin angin ini

Oleh karena itu, untuk mendapatkan Energi Mekanik dari hasil turbin ini maka

perlu diperhitungkan juga nilai efisiensi turbin (Cp). Nilai efisiensi ini sudah

ditentukan dari awal mula sistem (turbin angin) ini didesain.Energi mekanik dari

turbin ini berupa kecepatan putaran bilah turbin (ω) dan torsinya, T,(beasr gaya

yang diberikan pada suatu panjang lengan beban/blade). (Hidayatullah 2016).

Efisiensi turbin angin berdasarkan tipenya

Adapun beberapa tipe turbin angin yang ada didunia berdasarkan

tingkat efisiensinya diantara lain :

Gambar 2.4 Skema aliran energi angin menjadi mekanik turbin angin (LAN 2014).

20

1. Tipe Holland (Belanda)

2. Tipe Savonius

3. Tipe Linear

4. Tipe 2 Blade Propeller

5. Tipe 3 Blade Propeller

6. Tipe Multi Blade

Semakin tinggi efisiensi suatu turbin, semakin maksimal pula turbin

tersebut mengkonversi energi yang didapatnya. Tipe turbin yang memiliki tingkat

efisiensi paling tinggi adalah tipe 3 blade propeller (Cp mendekati 45%) dan tipe

savonius dan holland efisiensinya yang terendah 3 blade propeller saat ini banyak

dijumpai pada produk-produk komersil.

Pemanfaatan turbin angin terbagi ke dalam beberapa skala ketiggian dan

kapasitasnya, yaitu skala menengah, kecil, dan mikro. Semakin besar skalanya,

semakin besar pula kapasitas yang mampu dihasilkan suatu turbin angin.

Gambar 2.5 Efisiensi Turbin angina berdasarkan tipenya

21

2.5.1 Turbin angin sumbu horizontal (TASH)

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan

generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah

baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin

berukuran besar pada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang

digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox

yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar. Karena

sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan

melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak

terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-

bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan.

(Alamsyah, 2007).

Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas

begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah

angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut

jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka

tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang,

bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan

dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu. (Alamsyah,

2007).

22

Gambar 2.6 Turbin angin sumbu horizontal. (Alamsyah, 2007)

Kelebihan Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH):

1. Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di

tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan

arah angin) antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfir

bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas,

kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Kelemahan Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH):

1. Menara yang tinggi serta bilah yang panjang sulit diangkut dan juga

memerlukan biaya besar untuk pemasangannya, bisa mencapai 20% dari

seluruh biaya peralatan turbin angin.

2. TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat

tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.

3. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah

yang berat, gearbox, dan generator.

4. TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.

23

5. Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan

mengganggu penampilan landskape.

6. Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang

disebabkan oleh turbulensi.

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor

utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak

harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di

tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu

mendayagunakan angin dari berbagai arah.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di

dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk

keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga

putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat

melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar.

Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang

lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah

bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga

yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan

obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan

berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan

bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat

umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira

24

50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang

maksimal dan turbulensi angin yang minimal. (Alamsyah, 2007).

Gambar 2.7 Turbin angin propeller Turbin angin poros vertical (VAWT).

(Alamsyah, 2007)

Kelebihan Turbin Angin Sumbu Vertikal.

a. Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.(TASV):

b. Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat

pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

c. TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang

terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan

keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan

yang rendah dan tinggi.

d. Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk

kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih

besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk

lingkarannya TASH.

25

e. TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada

TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10 km/jam (6

m.p.h.).

f. TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara

kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya

angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak

di saat angin berhembus sangat kencang.

g. TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih

tinggi dilarang dibangun.

h. TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan

dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju

angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak

bukit).

i. TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.

j. Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.

Kekurangan Turbin Angin Sumbu Vertikal.

a. Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi

TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir

berputar(TASV).

b. TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih

kencang di elevasi yang lebih tinggi.

c. Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan

membutuhkan energi untuk mulai berputar.

26

d. Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya

memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor

dibebankan pada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan

meningkatkan daya dorong ke bawah saat angin bertiup (Ismail.2017).

2.5.2 Tip Speed Ratio

Tip speed ratio (rasio kecepatan ujung) adalah rasio kecepatan ujung rotor

terhadap kecepatan angin bebas. Untuk kecepatan angin nominal yang tertentu, tip

speed ratio akan berpengaruh pada kecepatan putar rotor. Turbin angin tipe lift akan

memiliki tip speed ratio yang relatif lebih besar dibandingkan dengan turbin angin

tipe drag. .Ismail, (2017) Tipe speed ratio dihitung dengan persamaan:

λ =𝜋. 𝐷. 𝑛

60. v

λ= tipe speed ratio

D = diameter rotor (m)

n = putaran rotor (rpm)

v = kecepatan angin (m/s)

Grafik berikut menunjukkan variasi nilai tip speed ratio dan koefisien daya

(cp) untuk berbagai macam turbin angin.( Aryanto,2013)

2.5.3 Turbin angin poros horizontal (HAWT).

Turbin angin Propeller adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal

seperti baling – baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus

diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. Mukund R.

Patel menambahkan, seperti yang terlihat dalam persamaan daya angin sebelumnya,

27

keluaran daya dari turbin angin bervariasi linear dengan daerah yang melawati rotor

blade. Untuk turbin sumbu horisontal, daerah yang melewati rotor blade adalah:

(Alamsyah, 2007).

𝐴 =𝑅

4𝐷2

Energi kinetik pada turbin bisa dirumuskan [2]:

Ek= 1/2 mv2 (1)

Karena massa bisa diganti dengan kerapatan udara ρ, Luas area A, dan kecepatan

v, maka bisa ditulis:

𝑚 = ρAv (2)

Sehingga bila persamaan (1) dan (2) digabungkan maka: efisiensi rotor sebagai

berikut

P = 16

27

1

2ρA𝑉3 (3)

Dengan :

ρ = Massa Jenis Angin ( kg/m3)

m = Massa (kg)

Pw = daya angin (Watt)

Ρ = kerapatan udara (kg/m3) (pada 15o C dan tekanan 1 atm, ρ= 1.225 kg/m3)

A = luas area turbin yang dilewati angin (m2) (A = 𝜋

4D2),

V = kecepatan angin (m/s)

28

a. Efisiensi rotor turbin angina

Angka 16/27 (=59.3%) ini disebut batas Betz (Betz limit, diambil dari

ilmuwan Jerman Albert Betz). Angka ini secara teori menunjukkan efisiensi

maksimum yang dapat dicapai oleh rotor turbin angin tipe sumbu horisontal.

Pada kenyataannya karena ada rugi-rugi gesekan dan kerugian di ujung blade,

efisiensi aerodinamik dari rotor, ηrotor ini akan lebih kecil lagi yaitu berkisar

pada harga maksimum 0.45 saja untuk blade yang dirancang dengan sangat

baik. .( Aryanto,2013) Maka Efisiensi rotor turbin angin menjadi:

𝜂 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝐶𝑝 = 𝑝𝑡/1

2 ρA𝑣3

Keterangan

Pt = Daya Turbin ( watt )

Cp = Coefisien Power

ρ = Massa Jenis Angin ( kg/m3)

A = Luas Penampang Melintang Aliran (m2)

b. Efisiensi Transmisi dan Generator

Gearbox mengubah laju putar menjadi lebih cepat, konsekuensinya dengan

momen gaya yang lebih kecil, sesuai dengan kebutuhan generator yang

ada di belakangnya. Generator kemudian mengubah energi kinetik putar

menjadi energi listrik. Efisiensi transmisi gearbox dan bearing (Nb, bisa

mencapai 95%),dan efisiensi generator (Ng,~ 80%). (Pikatan, 1999).

Sehingga efisiensi total turbin angin dapat dituliskan sebagai berikut:

𝜂 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶𝑝. 𝑁𝑏. 𝑁𝑔

29

c. Daya Turbin Angin

Dengan mengabungkan persamaan a dan b yang di atas sehingga

diperlukan daya turbin angin .( Aryanto,2013)dibawah ini :

ρ = 𝜂𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

1

2ρA𝑉3 (𝑤)

2.5.4 Energi Kinetik Angin.

Menurut ilmu fisika klasik energi kenetik dari sebuah benda dengan

massa m dan kecepatan v adalah E= 0.5.m.v2, dengan asumsi bahwa

kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus tersebut diatas

berlaku juga untuk menghitung energi kinetik yang diakibatkan oleh

gerakan angin.Sehingga biasa dituliskan sebagai berikut : (Nursuhud 2008).

𝐸 =1

2�̇�. 𝑉2 (2.1)

Dengan :

E = energi (joule)

�̇� = massa udara (kg)

v = kecepatan angin (m/s)

Bila suatu blok udara yang mempunyai penampang A m2, dan

bergerak dengan kecepatan v m/s, maka jumlah massa yang melewati

sesuatu tempat adalah:

` �̇� = ρ. 𝐴. 𝑣 (2.2)

Dengan

�̇� = laju aliran massa (kg/s)

A = luas penampang melintang aliran (m2)

ρ = massa jenis angin (kg/m3)

30

Tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik

aliran yang datang, maka : (Nursuhud 2008)

2.6 Energi energi yang terdapat pada angin

Secara sederhana energi potensial yang terdapat pada angin dapat memutarkan

blade-blade yang terdapat pada kincir angin, dimana blade-blade ini terhubung

dengan poros dan memutarkan poros yang telah terhubung dengan generator dan

menimbulkan arus listrik. Kincir yang besar dapat digabungkan secara bersama-

sama sebagai energi tenaga angin, dimana akan memberikan daya kedalam sistem

transmisi kelistrikan Model sederhana dari turbin angin mengambil dasar teori dari

momentum, angin dengan kecepatan tertentu menabrak rotor yang memiliki

performa sayap atau propeller.(Aryanto 2013).

Melalui data angin ini dapat dilakukan pengkajian dasar maupun lanjutan

sebelum membangun suatu power plant pembangkit listrik tenaga angin) seperti:

Perhitungan dan pemetaan potensi energi angin.

Karekteristik angin pada daerah tersebut.

Durasi untuk kecepatan angin produktif.

Simulasi wind shear di sekitar wind farm.

Analisa angin pada ketinggian tertentu.

Prakiraan angin.

Wind gust factor, dll.

31

Gambar 2.8 Alat ukur angin (H,Piggot,2011).

Gambar 2.9 Data Logger.

2.7 Maksimum Power Point Tracker

Maksimum Power Point Tracker (MPPT) adalah suatu metode yang

digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran berbagai pembangkit listrik. Pada

pembangkit listrik tenaga angin, MPPT biasa digunakan untuk mengoptimalkan

daya keluaran dari generator dengan menggunakan konverter daya elektronik.

Selain itu MPPT bisa digunakan untuk menghindari kelebihan daya bila ada

penambahan kecepatan angin. Contoh hubungan antara kecepatan angin dengan

daya yang dibangkitkan bisa dilihat pada gambar 3. Pada gambar ini, sudu mulai

bergerak pada kecepatan 4 m/s dan efisiensi optimal aerodinamiknya didapat pada

kecepatan angin 15 m/s. pada kecepatan 25 m/s daya yang diterima dibatasi untuk

32

menghindari kelebihan beban pada turbin angin. Pada kecepatan cutout angin,

turbin berhenti berputar untuk menghindari kerusakan. (Hidayatullah,dkk,2016).

Gambar 2.10 Daya output turbin angin sebagi fungsi dari kecepatan angin.

(Hidayatullah,dkk,2016).

Selama kondisi kecepatan angin maksimal, generator angin menggunakan

metode yang bervariasi untuk algoritma MPPT, salah satunya dengan Perturbation

and Observation (P&O) Control. MPPT ini didasarkan pada monitoring output

wind-generator (WG) dengan mengukur tegangan atau arus keluaran dari WG dan

mengatur duty cycle dari dc/ac converter sesuai hasil perbandingan antara nilai daya

keluaran WG. yang di kutip "meningkatkan rasio daya keluaran sistem pembangkit

listrik tenaga angin tipe horizontal wind turbine. Agar mendapatkan hasil kerja yang

baik serta maksimal, maka dalam pelaksanaannya dilakukan perancangan, instalasi

dan evaluasi sistem di Politeknik Negeri Madiun. Agar mendapat hasil yang akurat

maka perlu dibandingkan antara sistem dengan memakai MPPT dan tanpa MPPT."

(Hidayatullah,dkk,2016)

Maximum power point tracker (MPPT) adalah suatu rangkaian DC yang

mengoptimasikan keluaran daya dari generator sebelum dialirkan untuk disimpan

33

ke baterai.Regulator tegangan (Cut off tegangan maksimal 130 V) melindungi

komponen-komponen yang ada di dalam controller dari aliran arus tinggi.

Controller dapat secara otomatis menghentikan pengecasan saat baterai penuh.

Pada controller, rectifier berperan dalam mengkonversi tegangan AC menjadi

DC sehingga sesuai dengan media penyimpanan listrik, yaitu baterai DC. Hasil dari

rectifier ini kemudian diolah oleh sistem MPPT dengan bantuan Transformer dan

Mosfet yang mengkonversi DC power untuk dipecah-pecahkan menjadi tegangan

DC yang lebih kecil dan arus yang disesuaikan sehingga cocok dengan kapasitas

baterai. Misalnya saja,tegangan dan arus AC dari sumber awalnya bernilai 160 V

dan 3 A (P=V.I , maka nilai Powernya 480 W) dialirkan ke controller untuk

dikonversi menjadi listrik DC yang sesuai dengan kapasitas baterai, maka tegangan

dan arusnya menjadi 24 V dan 20 A (P=480 W). (Hidayatullah,dkk,2016)

Gambar 2.11 Rangkaian Maksimum Power Point Tracker (MPPT)(Lan,2014).

Pemodelan sistem tanpa MPPT yaitu gambar 5 digunakan untuk mengetahui

karakteristik sistem pembangkit listrik tenaga angin. Sistemnya terdiri dari turbin

angin generator induksi, kemudian disearahkan dengan rectifier dan diukur daya

34

keluaran dengan memasang amperemeter dan voltmeter. Daya yang diperoleh

dihitung berdasakan hasil kali nilai pada amperemeter dan voltmeter yang sudah di-

resmikan

Untuk pengaturan daya yang optimal digunakan Maximum Power Point

Tracker (MPPT) dengan mengatur duty cycle pada Boost DC-DC Converter.

Algoritma yang digunakan adalah Perturbation & Observation (P&O) yang cukup

sederhana dan mudah. (Hidayatullah,dkk,2016).

Gambar 2.12 Pemodelan Sistem Tanpa MMPT (Hidayatullah,dkk,2016)

2.8 Blade

Blade merupakan bagian penting dalam suatu sistem turbin angin sebagai

komponen yang berinteraksi langsung dengan angin. terdiri dari 2 tipe yaitu

horizontal axis wind (HAWT) dan vertical axis wind turbine Kedua tipe ini dapat

disesuaikan dengan orang yang ingin mengimplementasikannya dan

kemampuannya dalam mewujudkan.Untuk tipe vertikal pembuatannya jauh lebih

sulit.

35

Dibandingkan horizontal dan tergantung pada keterampilan pembuatnya.

The Sky Dancer merupakan turbin angin tipe HAWT dengan 3 blade propeller

yang Cp 40%, yang berarti mampu mengambil 40% dari total energi angin yang

diterimanya (energi per luas sapuan blade) menjadi energi mekanik.Dari bagian

tipe turbine angin, tipe 3 blade propeller paling mendekati nilai efisiensi ideal (

koefisiennya mencapai 40%) dan juga bisa digunakan untuk putaran tinggi. Pada

perkembangannya saat ini, produk komersil lebih banyak mengembangkan tipe 2

dan 2 blade propeller.(Lan,2014).

Blade terdiri dari beberapa bagian, seperti

Radius (jari-jari blade).

Chord (lebar blade).

Leading edge.

Trailing edge.

Chord line (garis yang menghubungkan.

leading dan trailing edge) Setting of angle (pitch, sudut antara chord

line dan bidang rotasi dari rotor).

Angle of attack (sudut antara chord line dengan arah gerak udara

relatif).

36

Gambar 2.13 Bagian-bagian Blade (Lan,2014).

Dapat dilihat bahwa putaran turbin semakin meningkat seiring dengan

semakin meningkatnya kecepatan angin, artinya dengan semakin besar kecepatan

angin yang diberikan maka semakin besar pula energi angin yang mengakibatkan

sudu turbin berputar. Dengan kata lain energi angin yang dapat dikonversikan

turbin menjadi putaran turbin semakin meningkat pula.(Lan,2014).

Kerapatan antara blade satu dengan yang lainnya juga akan mempengaruhi

putaran turbin semakin dekat jarak blade dengan blade yang lain akan

mempengaruhi jumlah blade penagkap anginnya maka putaran turbin semakin

meningkat. Dengan jumlah blade yang sedikit, maka luasan sudu penangkap

anginnya sedikit dan kecepatan putaran semakin rendah juga, sebaliknya semakin .

Banyak jumlah blade juga semakin tinggi kecepatan angin maka semakin

banyak luasan blade untuk menangkap angin dan juga putaran poros semakin tinggi

maka semakin tinggi putarannya. Jumlah blade yang sedikit mengakibatkan angin

dengan mudah melewati celah sudu sehingga gaya yang memutar sudu jadi kecil

sehingga kecepatan putar blade juga rendah.Blade memiliki 3 jenis berdasarkan

37

desainnya yaitu taper (mengecil ke ujungnya), tapperless (pangkal dan ujungnya

memiliki lebar yang sama), dan inverse-taper (membesar ke ujungnya).Ketiga blade

ini memiliki kapasitasnya masing- masing, seperti blade taper cocok untuk angin

berkecepatan tinggi, sementara inverse-taper cocok untuk kecepatan angin rendah

(putaran rendah, torsi tinggi) dan blade tapper-less diantara keduannya keduanya.

(Sayogo,A ,2014).

Gambar 2.14 Jenis-Jenis Blade (Lan,2014).

Dalam merancang suatu blade ada beberapa aspek yang perlu dipahami,

yaitu:

1. Mekanika Fluida

2. Aerodinamika

3. Material

Dengan memahami mekanika fluida dan aerodinamika maka terdapat

beberapa parameter dalam merancang suatu blade, seperti:

1) Tip Speed Ratio (TSR), seberapa kali lebih cepat antara kecepatan angin dan

putaran pada ujung blade. Semakin besar nilai TSR maka semakin cepat

juga putaran ujung blade.

38

2) Airfoil, bentuk desain ujung blade berdasarkan gaya angkat dan dorong (lift

and drag forces) blade terhadap aliran udara yang melewatinya. Saat ini ada

beraneka ragam desain airfoil dan pada TSD-500 digunakan model Clark Y

untuk airfoilnya.

3) Twist, sudut puntir (β) pada blade antara chord line dengan bidang rotasi

rotor

4) Angel of attack (α), sudut antara gerak aliran udara dengan chord line. Rasio

α yang paling baik dan umumnya digunakan adalah 4

5) Power Coefficient (Cp), Kemampuan blade untuk menyerap energi angin

yang diterimanya. Dari semua energi angin yang diterima, hanya sekitar

50% yang dapat diekstrak (Teorema Betz)

6) Panjang blade, untuk menentukan seberapa banyak energi angin yang dapat

diperoleh berdasarkan luas area sapuan blade.

Ada beberapa bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan blade, seperti:

a. Fibber.

b. Logam (besi, alumunium, dll).

c. Kayu.

d. Styrofoam, dll.

Pemilihan material harus seimbang dan tepat guna berdasarkan kualitas,

harga, dan penyampaiannya kepada pengguna (QCD). Turbin angin TSD-500

menggunakan bahan kayu pinus karena bahannya yang ringan, kuat, murah, dan

bahannya yang mudah ditemui di Indonesia. Bahan lain yang lebih baik yaitu

dengan styrofoam karena bahan ini ringan, mudah dibentuk, murah, dan tidak

berbahaya.(Lan,2014).

39

Blade juga harus diuji dari segi ketahanan terhadap lingkungan, baik itu

terhadap badai ataupun pada kecepatan angin tertentu. Kemungkinan yang harus

diperhatikan seperti patah blade, cacat akibat bertabrakan dengan butiran pasir,

debu, ataupun material lainnya karena kecepatan tinggi dan juga dapat

mempengaruhi berat blade bila ada retakan (kemungkinan air/fluida lainnya

menyerap), serta kemungkinan blade dapat melengkung. Dan hal lainnya yang

harus diperhatikan adalah dari segi keamanan baik dalam proses pemasangan

ataupun setelah dipasang.

2.9 Sistem Turbin Angin

Putaran blade membuat generator berputar dan menghasilkan tegangan AC 3

fasa yang mewakili vektor arah angin, yaitu u, v, dan w. Kemudian dialirkan

menuju controller (teknologi pengamanan dan konversi energi) dan hasil keluaran

dari controller ini berupa tegangan DC (telah dikonversi dari AC menjadi DC

karena media penyimpanan energi dalam bentuk DC). Setelah itu, dialirkan kembali

menuju data logger untuk dilakukan perekaman data dan selanjutnya disimpan ke

dalam baterai/aki. Sebelum digunakan ke beban (peralatan listrik AC),energi yang

telah disimpan ini harus dikonversi terlebih dahulu melalui inverter (tegangan DC

menjadi AC).

40

Gambar 2.15 Skema Turbin Angin (Lan,2014)

2.9.1 THE SKY DANCER

Bagian utama dari turbin angin berupa generator, blade, cone, fin, dan ekor.

TSD 500 ini merupakan turbin angin horizontal dengan 3 blade propeller yang

memiliki tingkat efisiensi 40%. Turbin ini mulai berputar pada kecepatan angin 2.5

m/s dan mulai memproduksi listrik pada kecepatan angin 3 m/s. Daya maksimal

yang mampu dihasilkan oleh turbin adalah 500 Wattpeak (Wp)pada kecepatan

angin 12 m/s dan di atasnya. Turbin ini dapat bertahan sampai pada kecepatan

angin 33 m/s. (Lan,2014)

Blade turbin menggunakan bahan kayu pinus. Selain kualitasnya yang

ringan dan kuat bahan ini mudah ditemui di Indonesia (untuk pengembangan

produksi lokal) dan juga harganya yang relatif terjangkau dibandingkan dengan

bahan lainnya. Turbin angin TSD-500 dipasang pada ketinggian 4 hingga 6 meter

di atas permukaan tanah. Inilah yang membuat proses instalasi turbin mudah

dipelajari dan lebih aman.(Lan,2014)

kincir angin

Controller

Generator

Lampu

41

2.9.2 Teknologi Cogging-less

Perbedaan mendasar antara The Sky Dancer dengan turbin angin lainnya

terletak pada generatornya. Tipe generator 3 fasa magnet permanen yang

digunakan pada turbin ini memiliki teknologi cogging-less. Cogging merupakan

suatu hentakan (torsi yang berlawanan dengan arah putar turbin) saat memutar rotor

yang mengakibatkan rotor sulit sekali diputar dengan tangan dan hal ini mengurangi

efisien kerja turbin menimbulkan getaran dan bunyi yang mengganggu. Seandainya

angin dalam kecepatan rendah maka turbin akan sangat sulit berputar. Cogging

terjadi karena adanya perbedaan permeabilitas antara magnet dengan material non-

magnet magnet. Dengan adanya teknologi cogging-less ini maka rotor dapat

diputar tanpa hambatan (sangat mulus) (dengan tangan sekalipun!)dan turbin angin

ini mampu berputar pada kecepatan angin rendah.

Teknologi Furling (Lan.2014) Teknologi lainnya yang berperan dalam

TSD-500 ini adalah teknologi furling. Teknologi ini dimaksudkan sebagai sistem

pengamanan generator dan baterai. Bila baterai dalam kondisi penuh, maka turbin

angin akan secara otomatis mengerem/berhenti berputar dengan cara menghindar

dari arah datangnya angin ekor turbin seakan menari untuk mengarahkan badan

turbin dimaksudkan sebagai sistem pengamanan generator dan baterai. Bila baterai

dalam kondisi penuh, maka turbin angin akan secara otomatis mengerem/berhenti

berputar dengan cara menghindar dari arah datangnya angin ekor turbin seakan

menari untuk mengarahkan badan turbin menghindari dari arah datangnya angin

dan turbin pun berhenti berputar. Dan bila baterai sudah bisa diisi kembali maka

ekor turbin akan mengarahkan kembali badannya ke arah angin. Oleh karena itulah,

turbin ini memiliki nama The Sky Dancer (Sang Penari Langit).(Lan,2014).

42

2.9.3 GENERATOR

Generator merupakan alat konversi energi mekanik menjadi energi listrik.

Generator mengubah torsi (T) dan kecepatan putar rotor (ω) yang diterimanya dari

blade menjadi nilai tegangan (V) dan arus (I). Hasil keluaran dari generator ini

berupa listrik AC 3 fasa.(Lan,2014).

Ilmu-ilmu yang terkait dalam perancangan generator, diantara lain:

1. Prinsip Konversi Energi.

a. Elektromagnetik.

b. Electric machinery.

2. Prinsip Torsi dan Rotasi

a. Mekanika.

3. Material

a. Jenis Magnet yang digunakan.

b. Material konduktor untuk Core.

c. Material isolator untuk lapisan luar.

Perancangan generator harus disesuaikan dengan karakter titik putaran blade

sehingga proses konversi energi mekanik menjadi energi listriknya memiliki

efisiensi yang tinggi.

43

Gambar 2.16 Skema Generator energy mekanik menjadi energi listirk (Lan,2014).

2.9.4 FIN

Ekor turbin angin berfungsi mengarahkan turbin angin menghadap arah

angin. Ukuran ekor perlu disesuaikan dengan turbin angin sehingga mampu

mendorong badan turbin ke arah angin. Sang Penari Langit memiliki sirip ekor yang

terbuat dari bahan fiber dan batang ekornya terbuat dari besi.(Lan,2014).

Gambar 2.17 Ekor Fin (Lan,2014).

2.9.5 CONTROLLER

Controller berperan sebagai alat konversi energi listrik dari AC menjadi DC

dan pengatur sistem tegangan masukan yang fluktuatif dari generator untuk

distabilkan sebelum disimpan ke baterai. (Lan,2014).

44

Beberapa aspek yang harus dipahami untuk merancang controller, seperti:

1. Elektronika,

2. Control Otomatic

3. Power electronic, bagaimana menggunakan semikonduktor

4. Programming.

Gambar 2.18 Controller (Lan,2014)

2.9.6 MPPT

Maximum power point tracker (MPPT) adalah suatu rangkaian DC yang

mengoptimasikan keluaran daya dari generator sebelum dialirkan untuk disimpan

ke baterai.Regulator tegangan (Cut off tegangan maksimal 130 V) melindungi

komponen-komponen yang ada di dalam controller dari aliran arus tinggi.

Controller dapat secara otomatis menghentikan pengecasan saat baterai penuh.

Pada controller, rectifier berperan dalam mengkonversi tegangan AC

menjadi DC sehingga sesuai dengan media penyimpanan listrik, yaitu baterai DC.

Hasil dari rectifier ini kemudian diolah oleh sistem MPPT dengan bantuan

Transformer dan Mosfet yang mengkonversi DC power untuk dipecah-pecahkan

menjadi tegangan DC yang lebih kecil dan arus yang disesuaikan sehingga cocok

dengan kapasitas baterai. Misalnya saja,tegangan dan arus AC dari sumber awalnya

45

bernilai 160 V dan 3 A (P = V.I , maka nilai Powernya 480 W) dialirkan ke

controller untuk dikonversi menjadi listrik DC yang sesuai dengan kapasitas

baterai, maka tegangan dan arusnya menjadi 24 V dan 20 A (P=480 W). (Lan,2014).

2.9.7 Data Logger

Data logger (DL) berperan sebagai media penyimpanan data, tegangan dan

arus dari controller akan melewati DL untuk direkam setelah itu tegangan dan arus

ini kembali dialirkan kembali menuju baterai. Rekaman data disimpan di dalam SD

Card dalam format excel seperti waktu perekaman data dalam detik, tegangan, arus,

kecepatan, dan arah angin. Keilmuan terkait mengenai data logger ini,diantara lain

sensor, PIC programming, sistem digital, dan elektronika. (Lan,2014).

Contoh hasil pengukuran turbin angin harian berupa nilai tegangan dan arus, serta

daya yang dihasilkan oleh satu sistem turbin:

Gambar2.19 Data Logger (Lan,2014)

46

2.9.8 Baterai

Baterai berperan sebagai media penyimpanan energi listrik. Pada baterai

terjadi reaksi elektrokimia charging dan discharging. Proses charging ini bekerja

saat baterai berfungsi sebagai Beban dan sumber energinya dari generator,

Pada sistem TSD-500, baterai yang digunakan adalah baterai

terdapat 2 macam yaitu baterai dengan kapasitas 12V / 1000 Ah dan 2V

/ 800 Ah. Daya yang di gunakan untuk pengecasan baterai digunakan

0.5 x I80 atau (5A / 800Ah = 6.25 mA) (data sheet opzs,Lan 2014).

𝑃𝐴𝐶 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 × 𝐼𝑟𝑚𝑠 × 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

Dan

𝐸𝐴𝐶 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 × 𝐼𝑅𝑀𝑠 × 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 × 𝑡

Diketahui :

𝑃𝐴𝐶 = Kebutugan Daya Konsumen (Watt)

𝐸𝐴𝐶 = Kebutuhnan Energi Konsumen (Wh)

𝑉𝑅𝑀𝑆 = Tegangan Sistem (220 V)

𝐼𝑅𝑀𝑆 = Arus listrik yang disuplai (Ah)

Power Factor = faktor daya beban (0,9)

t = waktu (Jam)

Nilai Ampere Hour (24 jam):

𝐼 =𝑃

𝑉 × 𝑃𝐹= 𝐴ℎ

Sesuai dengan ketentuan penggunaan baterai yang hanya di-discharge

sedalam 50% dari kapasitas totalnya, maka nilai Ah yang didapat kita kalikan 2

(Lan,2014).

47

Gambar 2.20 Batre (Lan,2014).

Pada sistem TSD-500, baterai yang digunakan adalah baterai jenis deep

cycle gel dan terdapat 2 macam . yaitu baterai dengan kapasitas 12V / 1000Ah dan

2V / 800Ah. Hal ini ditujukan berdasarkan kebutuhan penggunaannya.(Lan,2014).

. 𝑉𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟

𝑉𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖=

24

2

2.9.9 Inverter

Inverter berfungsi sebagai alat konversi listrik DC dari digunakan untuk

peralatan listrik AC, seperti peralatan rumah tangga sehari dll. Pengenalan

Teknologi Pemanfaatan Energi Angin baterai (12/24 V) menjadi listrik AC (220 V)

sehingga bisa sehari-hari yaitu lampu, televisi, kulkas dll. (Lan,2014).

Gambar 2.21 Inverter EVEPER.

48

3 BAB III

METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi

Observasi

Pengujian Turbin

Analisa Data

Kesimpulan

Selesai

Data daya layak

ya

Tidak

k

Gambar3.1 Diagram Alir Perancangan.

49

3.2 Alat dan Bahan

3.3 Alat

a. Generator AC.

Merupakan alat konversi energi mekanik menjadi energi listrik AC.

Generator ini menggunakan permanen magnet sebagai rotor, sehingga

medan magnet diperoleh dari permanen magnet itu sendiri. Tegangan listrik

kemudian dialirkan melalui slip ring sehingga menghasilkan tegangan

induksi bolak-balik (AC).

b. Charge Controller.

Terdapat rectifier dan MPPT. Rectifier berperan sebagai alat konversi

energi listrik berperan sebagai pengatur sistem tegangan masukan yang

fluktuatif dari generator untuk distabilkan sebelum disimpan ke baterai.

c. Panel Box.

Terdapat beberapa MCB sebagai proteksi dan pemutus tegangan lebih.

d. Data Logger.

Media penyimpanan data dari turbin angin dan anemometer dalam format excel

(.csv).

e. Baterai.

Media penyimpanan energi listrik DC.

f. Inverter.

Alat untuk mengkonversi dan menaikan tegangan energi listrik (DC)

menjadi (AC) sehinggan dapat digunakan pada beban.

50

g. Beban.

Lampu dengan kapasitas 500W, dijadikan sebagai beban di PT.Lentera Bumi

Nusantara dikarenakan daya yang dihasilkan turbin angin hanya di gunakan

untuk dianalisis pengaruh dari beberapa kondisi dan komponen yang berbeda

pada turbin angin.

3.4 Bahan

Untuk melengkapi penelitian ini, maka diperlukan sumber dan jenis data yang

penulis kumpulkan daam bentuk catatan observasi. Sumber data primer yang

digunakan pada penelitian ini adalah data yang diperoleh dari hasil observasi

langsung kincir angin The Sky Dancer -500 (TSD-500) PT.Lentera Bumi

Nusantara.

3.5 Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Ciheras, Cipatujah, Tasikmalaya, Jawa Barat.

PT. Lentera Bumi Nusantara pada Tanggal 01 Agustus 2019 sampai dengan 30

Agustus 2019.

Dengan menganalisa variable terikat, diharapkan dapat ditemukan jawabanya

dan pernyelesaian permasalahan. Yang menjadi variable terikat pada penelitian ini

adalah :

a. Daya Alternator ( P alternator ) di ukur dengan (V dan I generator).

b. Putaran ( n ).

c. Tip speed ratio ( TSR ) dan Efisiensi sistem (𝜂).

d. Kecepatan angin yang digunakan adalah mulai dari 3m/s, 3.5m/s, 4m/s yang

di ukur dengan menggunakan alat anemometer.

51

3.6 Observasi (pengamatan).

Peneliti melakukan observasi langsung kincir angin TSD-500 Lentera

Angin Nusantara untuk memperoleh data daya listrk yang dihasilkan oleh

kincir angin tersebut.

3.7 Wawancara.

Teknik wawancara dilakukan peneliti sebagai studi pendahuluan,

selanjutnya peneliti juga melakukan wawancara secara mendalam untuk

mengetahui berbagai hal tentang kincir angin TSD-500 Lentera Angin

Nusantara.

3.8 Dokumentasi.

Teknik pengumpulan data dengan dokumen pada penelitian ini, merupakan

pelengkap dari penggunaan metode observasi dan wawancara, yaitu dengan

cara mempelajari data-data tertulis berupa buku-buku serta mempelajari

dokumen tertulis lainnya yang berkaitan dengan penelitian.

3.9 Pencatatan data hasil pengujian

Mencatat data-data yang diperlukan antara lain kecepatan aliran air,

kedalaman sungai dan lebar sungai, perubahan rpm turbin tiap rentang

waktu tertentu diukur menggunakan stopwatch.

3.10 Standar Pengujian

Tipe bilah taperless dari turbin angin sumbu horizontal (TASH) 3 bilah

telah dirancang dalam studi ini. Persamaan aerodinamis telah digunakan

untuk mendesain bilah, Qblade software dimaksudkan untuk menyelidiki

52

performa dan karakteristik dari bilah, sedangkan microsoft excel;

menentukan geometri bilah.

Dari hasil perhitungan daya rencana didapatkan bahwa jari-jari yang

digunakan adalah 0,8 m, dengan asumsi efesiensi bilah yang akan dirancang

ialah dalam rentang 0,3 – 0,4 dengan kecepatan angin maksimal 12 m/s.

Material yang digunakan adalah kayu mahoni; hal ini dikarenakan material

kayu memiliki sifat kuat tapi ringan dan mudah didapatkan (Sari, 2018;

Piggot, 2000). Tiap-tiap bilah kayu yang dirancang memiliki berat 1 kg per

bilah, jenis airfoil yang digunakan adalah NACA 4415 dengan nilai Cl/Cd

sebesar 129,5 (Hasting dkk, 1984).

53

4 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa The Sky Dancer-500 (TSD-500)

Menganalisis turbin angin horizontal The Sky Dancer-500 (TSD-500) dengan

daya 500 watt untuk kebutuhan rumah tangga di pt lentera bumi nusantra (LBN).

Penelitian ini dilaksanakan di PT. Lentera Bumi Nusantara (LBN) yang berada di pesisir

pantai cipatuja yang berhadapan langsung dengan laut selatan, sehingga terdapat angin

untuk menghasilkan energi angin agar mendapatkan energi listrik atau turbin angin.

Selain dipinggir pantai selatan selain udara yang kencang terdapat kelembapan,

kerapatan udara, suhu udara dan curah hujan yang mempengaruhi kualitas angin.

Turbin angin horizontal The Sky Dancer-500 (TSD-500) dengan daya 500 watt

type Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) 3 Propeller dengan jumlah turbin angin

yang dianalisa sebanyak 6 buah turbin angin. Seperti Turbin angin memiliki ketinggian

dan posisi yang berbeda.

Generator PMSGCharge

ControllerBaterai Inverter Beban

Gambar 4.1 Diagram Alur Wind Turbine PT. Lentera Bumi Nusantara

Sistem Pembagkit Listrik tenaga Angin di PT. Lentera Bumi Nusantara terdiri dari:

1. Generator AC menggunakan Permanent Magnet Sychrounos Generator (PMSG).

yang merupakan effisiensi tertinggi saat ini untuk menghasilkan medan magnet

sendiri. Tegangan listrik kemudian dialirkan melalui slip ring sehingga menghasilkan

tegangan induksi bolak-balik (AC).

54

Tabel 4.1 Spesifikasi PMSG TD500 Neidec

Parameter Nilai

Tegangan 160 V

Daya Output 500 W

RPM 1000 rpm

2. Charge Controller menggunakan rectifier dan Maximum Power Point Tracking

(MPPT) sebagai kontrolernya. Rectifier berperan sebagai alat konversi energi

listrik dari 160V AC menjadi 24V DC yang terkendali sedangkan MPPT

berperan sebagai pengatur sistem

3. Tegangan masukan yang fluktuatif dari generator untuk distabilkan sebelum

disimpan ke baterai.

4. Panel Box. Terdapat beberapa MCB sebagai proteksi dan pemutus tegangan

lebih dengan kapasitas maksimal 80A.

5. Data Logger. Media penyimpanan data dari turbin angin dan anemometer.

Dengan menggunakan sensor tegangan resistor 20K Ω dan 120K Ω serta sensor

arus LEM 6 np.

6. Baterai NS Accelerate GEL Deep Cycle Battrey. Media penyimpanan energi

listrik DC. Kapasitas baterai di Lentera Bumi Nusantara adalah 12 buah baterai

2 V 800 Ah.

7. Inverter merupakan pembalik dari tegangan DC ke tegangan AC agar bisa

digunakan untuk beban.

Tabel 4.2 Spesifikasi Inverter Conxt SW Schneider

Parameter Nilai

Daya Maksimal 2500 W

Tegangan DC 21 – 33 V

Arus DC 11 – 24.3 A

Tegangan Maksimal 230 V AC

Arus Maksimal 250

55

8. Beban atau daya yang diperoleh untuk kebutuhan rumah tangga di kawasan PT.

Lentera Bumi Nusantara

The Sky Dancer merupakan turbin angin tipe HAWT dengan 3 baling-baling

menggunakan generator permanen magnet 18 slot 16 pole dan sistem transmisi 3

fasa. Memiliki nilai Cp 40%, berarti mampu mengambil 40% dari total energi angin

yang diterimanya menjadi energi mekanik. Turbin ini mulai berputar pada kecepatan

angin 2.5 m/s dan mulai memproduksi listrik pada kecepatan angin 3 m/s. Daya

maksimal yang mampu dihasilkan oleh turbin adalah 500 Watt peak (Wp) dengan

panjang baling-baling 0,8 meter pada kecepatan angin 12 m/s dan diatasnya. Turbin

ini dapat bertahan sampai pada kecepatan angin 33 m/s.

Blade (bilah) turbin menggunakan bahan kayu pinus. Selain kualitasnya yang

ringan dan kuat, bahan ini mudah ditemui di Indonesia (untuk pengembangan

produksi lokal) dan juga harganya yang relatif terjangkau dibandingkan dengan

bahan lainnya. Turbin angin TSD-500 dipasang pada ketinggian 4 hingga 11 meter

diatas permukaan tanah. Inilah yang membuat proses instalasi turbin mudah

dipelajari dan lebih aman.

Gambar 4.2 Kincir Angin The Sky Dancer

56

Tabel 4.3 Spesifikasi Turbin Angin TSD 500 (The Sky Dancer)

Nama Sistem TSD – 500

Tipe Turbin HAWT

Daya Keluaran Maksimum 500 Wp di 12 m/s

Turbin mulai berputar 2.5 m/s

Miulai pengisian Baterai 3 m/s

Daya tahan turbin terhadap angin 33 m/s

Tipe Generator 3-phasa Magnet Permanent

Diameter Bilah 1,6 Meter

Diameter Bulah 3 Bilah

Materai Bilah Kayu Pinus

RPM maksimal 1000 rpm

Sistem Penyimpanan 24 V

Berat Sistem Turbin 25 Kg

Tinggi tiang kincir angin 4 – 11 m

Perusahaan pembuat generator NIDEC Japan Corp

4.2 Pengukuran Potensi Energi Angin

Pengukuran daya (P) yang diambili dari turbin angin dapat ditentukan dengan

persamaan

𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 =1

2× 𝜌 × 𝐴 × 𝑣3 (Watt)

Persamaan diatas merupakan untuk mendapatkan turbin ideal karena tidak

dipengaruhinya oleh efisiensi. Persamaan untuk mempengaruhi efisiensi dapat dlihat

pada persamaan di bawah ini

𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 =1

2× 𝜂𝑎𝑒 × 𝜌 × 𝐴

× 𝑣3

(Watt)

57

Luas penampang sapuan turbin angin didapat dari persamaan 𝐴 = 𝜋𝑟2(𝑚2)

dimana diameter pada wind turbin sebesar 1.600 mm sehigga jari-jari dari penampang

sap`an turbin adalah 800 mm. Sehingga didapatkan nilai A sebagai berikut:

𝐴 = 𝜋𝑟2 = 3.14 × 16002 = 8.0384 𝑚2

Sedangkan kerapatan udara (𝜌) didapat menggunakan persamaan

𝜌 = 1.2929 ×273

𝑇×

𝑝

760(

𝐾𝑔

𝑚3)

Tekanan udara di Ciheras sebesar 29.82 inHg atau sebesar 1009.82 mbar dan

temperature udara di Ciheras sebesar 28℃ atau sebesar atau sebesar 301.15°𝐾,

sehingga

𝜌 = 1.2929 ×273

301.15×

1.00982 𝑃𝑎

1.0130 × 105 𝑃𝑎= 1.168366 (

𝐾𝑔

𝑚3)

Untuk mendapatkan daya efektif dari angin yang mungkin dihasilkan dari suatu

kincir angin adalah:

𝐸𝑎 =1

2× 𝜌 × 𝑣3 × 𝐴 × 𝑐𝑝

Atau

𝐸𝑎 =1

2× 1.2929 × 53 × 8.0384 × 0.45 = 292.299 𝑊𝑎𝑡𝑡

Maka daya reaktif dari Potensi energi angin sebesar 292,299 Watt

Udara yang bergerak mempunyai massa, kerapatan, dan kecepatan, sehingga

dengan adanya faktor-faktor tersebut, angin mempunyai energy kinetic dan energy

potensial. Akan tetapi faktor kecepatan lebih mendominasi posisi massa terhadap

permukaan bumi. Dengan demikian energy angin merupakan energy kinetic atau energy

yang disebabkan oleh kecepatan angin untuk dimanfaatkan memutar sudu-sudu kincir

angin.

58

Tabel 4.4 Data Kecepatan Angin Berserta Daya yang dihasilkan

Data Kecepatan Angin Berserta Daya yang dihasilkan

No 1 2 3

Kecepatan Angin (m/s) 5 12 8

Kecepatan Generator (rad/s) 12 37 31

Daya x100(watt) 9 28 21

\

Gambar 4.3 Data Kecepatan Angin Beserta Daya yang Dihasilkan (LAN,2014).

Dari data diatas kenaikan kecepatan angin berbanding lurus dengan kecepatan

generator dan daya yang dibangkitkan. Diatas merupakan kecepatan yang rata-rata yang

biasa terjadi di ciheras sebesar 5 m/s, 12 m/s dan 8 m/s.

4.3 Pengukuran Kecepatan Angin

Energi angin merupakan salah satu sumber energi yang digerakkan oleh angin.

Dari hasil kecepatan angin yang diukur selama 1 bulan di ciheras Kota tasikmalaya jawa

barat. Kecepatan angin harian yang dirata-ratakan menjadi kecepatan angin bulanan

yaitu dibulan Agustus.

5

129

12

37

28

8

28

21

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Kecepatan Angin (m/s) Kecepatan Generator(rad/s)

Daya x100(watt)

An

gka

yan

g d

ihas

ilkan

Data Kecepatan angin Berserta daya yang dihasilkan

59

Tabel 4.5 Kecapatan Angin Rata-rata Bulan Agustus 2019 (LAN ,2014)

Kecepatan Angin Rata-rata

Agustus 2019

Hari Kecepatan agin

1 9

2 9

3 8

4 9

5 10

6 9

7 9

8 8

9 8

10 7

11 11

12 11

13 12

14 10

15 9

16 8

17 8

18 9

19 10

20 11

21 12

22 11

23 10

24 9

25 8

26 7

27 4

28 5

29 5

30 8

Rata-rata 8,8

60

Gambar 4.4 Rata-rata kecepatan angina harian pada agustus 2019.(Lan,2014).

Pada skripsi ini dilakukan pengukuran kecepatan angin secara langsung di

Ciheras, Tasikmalaya selama bulan Agustus 2019.

Data kecepatan angin diambil pada ketinggian 7 meter selama bulan bulan

Agustus. Pengukuran dengan menggunakan Automatic Wheater Ssytem (AWS) yang

digital sehingga monitor AWS dapat merekam data kecepatan dan arah angin sepanjang

hari.

Hasil pengukuran kecepatan angin selama bulan agustus 2019 ditunjukan pada

gambar diatas. Berdasarkan hasil pengukuran rata-rata kecepatan angin sebesar 8,8m/s

dan kecepatan terendah pada bulan april sebesar 3,8 m/s. Dari data kecepatan rata-rata

maka masuk dalam kategori Ranting Pohon bergoyang, bendera berkibar yang sesuai

pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.6 Spesifikasi Kekuatan Angin dalam Kondisi Alam

Kelas Kecepatan

(m/s) Kondisi Alam

1 0.00 – 0.02

2 0.3 – 1.5 Angin tengan, asap lurus keatas

9 98

910

9 98 8

7

111112

109

8 89

1011

1211

109

87

45 5

8

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213141516 171819202122 2324252627282930

m/s

Tanggal di Bualan Agustus 2019

Rata-rata kecepatan angin harian

61

Kelas Kecepatan

(m/s) Kondisi Alam

3 1.6 – 3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin

4 3.4 – 5.4 Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan,

petunjuk arah angin bergerak

5 5.5 – 7.9 Debu jalan, kertas bertebrangan, ranting pohon

bergoyang

6 8.0 – 10.7 Ranting pohon bergoyang, berndera berkibar

7 10.8 – 13.8 Ranting pohon besar bergoyang, air dikolam

berombak kecil

8 13.9 – 17.1 Ujung pohon melengkung, hembusan angin terasa

dingin

9 17.2 – 20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat

melawan arah angin

10 20.8 – 24.4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh

11 24.5 – 28.4 Dapat merubuhkan pohon, menimbulkan kerusakan

12 28.5 – 32.6 Menimbulkan kerusakan parah

Disamping itu, besar kecepatan angin yang terjadi saat pagi, siang dan malam hari

dapat terukur pada gamabr dibawah ini.

Tabel 4.7 Kecepatan Rata-rata Angin Pada Siang,Malam,dan Dinihari

Kecepatan Angin

Jadwal Angin m/s

Siang 9

Malam 9

Dinihari 4

62

Gambar 4.5 Kecepatan Angin (Lan,2014).

Berdasarkan data yang diilustrasikan di Gambar diatas menunjukkan bahwa

kecepatan angin lebih besar terjadi pada siang sampai sore hari yaitu mulai pukul

12.00 – 06.00 PM. Sedangkan kecepatan angin yang terkecil terjadi pada malam

sampai pagi hari yaitu pada pukul 12.00- 06.00 AM.

Besarnya kecepatan angin yang terukur menunjukkan bahwa lebih besar

kecepatan angin yang terjadi mulai pukul 10.00 siang bahkan makin besar pada pukul

12.00 sampai dengan pukul 06.00 sore. Kecepataan angin makin lemah pada malam

hari terutama mulai pukul 12.00-06.00. Hal ini terjadi karena pada siang hari daratan

akan lebih cepat menerima panas, sehingga udara menjadi panas lalu memuai dan

bertekanan lebih rendah dari lautan. Perbedaan tekanan ini menyebabkan bertiupnya

angin dari laut ke darat. Angin dari laut ke darat ini disebut sebagai angin laut.

Sedangkan pada malam hari tekanan udara di darat lebih tinggi dibanding tekanan

udara di laut. Perbedaan tekanan ini menyebabkan bertiupnya angin dari darat ke laut

sehingga terjadilah angin darat.

Setelah mengetahui Kecepatan angin, putaran generator maupun daya yang

didapat dari turbin maka selanjutnya mengetahui arus dan tengan yang muncul untuk

0

2

4

6

8

10

Siang Malam Dinihari

9 9

4

m/s

Waktu

Kecepatan Angin

63

mencharge aki maupun masuk ke dalam inverter. Dibawah ini merupakan

perbandingan antara arus dan tegangan saat tanggan 29 Agustus 2019.

Gambar 4.6 Arus dan Tegangan pada generator

Tegangan dan arus diatas menunjukan bahwa saat puncak pukul 09.36 sampai

pukul 19.12 tegangan maupun arus mengalami kenaikan. Dari sample data tanggal 29

Agustus 2019 maka selanjutnya menganalisa data perbulan agustus 2019 di PT. LBN

terlihat pada gambar dibawah ini.

Tabel 4.8 Daya ,Tegangan dan Arus pada bulan Agustus 2019

Daya Dalam Bulan Agustus Tegangan dan Arus dalam bulan

agustus

Tanggal Daya Tanggal Tegangan Arus

1 200 1 25 1

2 130 2 25 8

3 200 3 26 5

4 130 4 25 8

5 150 5 26 5

6 75 6 25 6

24,50

25,00

25,50

26,00

26,50

27,00

27,50

28,00

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00 04:48:00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

TE

GA

NG

AN

(V

)

AR

US

(A

)

ARUS & TEGANGAN

Arus Tegangan

64

Daya Dalam Bulan Agustus Tegangan dan Arus dalam bulan

agustus

Tanggal Daya Tanggal Tegangan Arus

7 130 7 25 3

8 25 8 26 5

9 175 9 25 1

10 100 10 25 7

11 75 11 25 4

12 175 12 25 5

13 208 13 25 7

14 52 14 26 8

15 100 15 26 2

16 156 16 25 4

17 130 17 26 6

18 26 18 26 5

19 125 19 26 1

20 200 20 25 5

21 26 21 25 8

22 175 22 26 1

23 175 23 25 7

24 75 24 25 7

25 100 25 25 3

26 130 26 25 4

27 200 27 26 5

28 52 28 25 8

29 208 29 26 2

30 197 30 26 8

Rata-rata 130 Rata-rata 25,4 5

65

Gambar 4.7 Hasil Tegangan dengan Arus dalam Bulan Agustus 2019

Gambar 4.8 Hasil Daya Dalam Bulan Agustus 2019.

Gambar diatas merupakan data bulan Agustus 2019. Setelah mendapatkan data

daya sebesar rata-rata 130 Watt. Pada tengangan dengan nilai rata-rata 25.4 Volt dan

arus dengan rata-rata 5 Ampere. tersebut maka selanjutnya masuk kedalam charger

controller untuk mendapatkan tegangan dan arus yang masuk ke dalam baterai.

2525

26

25

26

2525

26

2525252525

2626

25

262626

2525

26

25252525

26

25

2626

1

8

5

8

5

6

3

5

1

7

4

5

7

8

2

4

6

5

1

5

8

1

7 7

3

4

5

8

2

8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

24,4

24,6

24,8

25

25,2

25,4

25,6

25,8

26

26,2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

AR

US

(A)

TEG

AN

GA

N (

V)

Tegangan dengan Arus dalam Bulan Agustus 2019

TEGANGAN ARUS

25

200

130

200

130150

75

130

25

175

100

125

175

208

52

100

156

130

26

125

200

26

175175

75

100

130

200

52

208

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930

DA

YA (

WA

TT)

Tanggal di bulan agustus 2019

Daya di bulan Agustus 2019

66

4.4 Charger Controller

Charger controller yang digunakan oleh PT. LBN menggunakan rectifier dan

Maximum Power Point Tracking (MPPT) sebagai kontrolernya. Rectifier berperan

sebagai alat konversi energi listrik dari 160 V AC menjadi 24V DC yang terkendali

sedangkan MPPT berperan sebagai pengatur sistem tegangan masukan yang fluktuatif

dari generator untuk distabilkan sebelum disimpan ke baterai.

Gambar 4.9 Charger Controller

4.5 Rectifier

Rectifier berperan sebagai alat konversi energi listrik dari 160V AC menjadi

24V DC. Rectifier yang digunakan merupakan penyearah dioda 3 fasa.

Gambar 4.10 Rangkaian Rectifier

67

Penyearah dioda tiga fasa terdiri dari enam dioda yang terbagi pada tiga lengan

dimana masing-masing lengan terdiri dua dioda, sepert yang ditunjukan pada gambar

diatas. Pada setiaplengan, dioda akan bekerja on dan off secara bergantian. Sudut

konduksi untuk setiap dioda adalah 2𝜋/3 sehingga tegangan keluaran rata-rata yang

dihasilkan penyearah ini (Vdc) dapat dinyatakan dengan

𝑉𝑑𝑐 =6

2𝜋∫ √3𝑉𝑚 sin(𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡)

2𝜋/3

𝜋/3

atau

𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑚3√3

𝜋

Dimana Vm merupakan tegangan masukan maksimum. Pada skripsi ini,

tegangan masukan dari rangkaian penyearah berasal dari tegangan keluaran generator.

Gambar dibawah ini menunjukan pengaruh putaran yang ada di turbin angin terhadap

tegangan dan arus yang akan dimasukan kedalam charging controller sampai ke Aki.

Gambar 4.11 Hasil Tegangan dan Arus Keluaran Penyearah dari Rectifire

1 2 3

Kecepatan Angin (m/s) 5 12 8

Tegangan x10 (Volt) 7,5 16 14

Arus (Ampere) 11 21 19

0

5

10

15

20

25

To

tal

Kes

eluru

han

Axis Title

Tegangan dan Arus Keluaran Penyearah

Kecepatan Angin (m/s) Tegangan x10 (Volt) Arus (Ampere)

68

Tabel dibawah ini merupakan data daya dan tegangan yang masuk ke

dalam baterai.

Tabel 4.9 Perhitungan Charging Tegangan dan Arus di charger controller

Charging

Measurement

Maximum Battery Voltage 26,05 Volt

Minimum Battery Voltage 24,69 Volt

Maximum Charging Current 8,09 Ampere

Charging

Power

Average Charging Wattage 15,01 Watt

Maximum Charging Wattage 209,93 Watt

Obtained Power 360,36 Wh

Data diatas merupakan perhitungan charging tegangan dan arus yang masuk

kedalam charger controller dimana untuk mengetahui daya yang didapatkan dari

geneerator yang dibangkitkan.

4.6 Baterai

Tabel 4.10 spesifikasi baterai OpZs 800

part number opzs 800

Capacity 6,25 mA

Voltage 2 V/cell

Gambar 4.1 Batteries OPzs 800.

69

Berikut adalah perhitungan kapasitas baterai :

Dengan beban 4460 Watt baterai yang digunakan 2 V 800 Ah, baterai ini

mampu memberikan kuat arus sebesar 800 Ampere Hour dalam satu jam, artinya

memberikan daya rata-rata sebesar 1600 Watt dan dapat menyuplai alat berdaya 1600

Watt selama satu jam atau alat berdaya 160 Watt selama 10 jam (Watt = Voltase x

Ampere hour = 2 V x 800 Ah).

Untuk mengetahui arus yang mengalir tergantung kepada beban atau daya

yang di gunakan untuk pengecasan baterai digunakan 0.5 x I80 atau (5A/800Ah

=6.25 mA) (data sheet opzs,Lan 2014)

𝑃𝐴𝐶 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 × 𝐼𝑟𝑚𝑠 × 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

Dan

𝐸𝐴𝐶 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 × 𝐼𝑅𝑀𝑠 × 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 × 𝑡

Dengan

𝑃𝐴𝐶 = Kebutuhan Daya Konsumen (Watt)

𝐸𝐴𝐶 = Kebutuhnan Energy Konsumen (Wh)

𝑉𝑅𝑀𝑆 = Tegangan Sistem (220 V)

𝐼𝑅𝑀𝑆 = Arus listrik yang disuplai (Ah)

Power Factor = faktor daya beban (0,9)

t = waktu (Jam)

Nilai Ampere Hour (24 jam):

𝐼 =𝑃

𝑉 × 𝑃𝐹=

4460

220 × 0.9= 22.52 𝐴𝐻

Sesuai dengan ketentuan penggunaan battery yang hanya di-discharge sedalam 50%

dari kapasitas totalnya, maka nilai Ah yang didapat kita kalikan 2. Jadi kapasitas

minimal yang harus dimiliki oleh baterai adalah sebesar 45.04 Ah.

70

Batteries OPzs 800 memiliki rating tegangan 2V dan kapasitas sebesar 800 Ah. Untuk

mendapatkan kapasitas inverter (24 V), maka jumlah baterai yang harus dirangkai

secara seri adalah:

𝑉𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟

𝑉𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖=

24

2= 12

Jadi apabila kita menggunakan baterai bertegangan 2V, maka jumlah baterai

yang harus kita rangkai secara seri adalah sebanyak 12 baterai.

4.7 Inverter

Untuk pemakaian rumah tangga digunakanlah inverter yang berfungsi untuk

membalik tegangan DC ke tegangan AC. Dimana kita ketahui tegangan DC 21-33 V

diubah menjadi tegangan AC yang siap digunakan untuk peralatan elektronik. Dari

data pada tabel charging controller range tegangan data dari battery antara 24-26V

yang berarti pada inverter jenis Conxt SW Schneider dapat beroperasi untuk

menghasilkan tegangan AC sebesar 220 Volt seperti halnya pada jala-jala PLN.

Gambar 4.13 Inverter EVEPER

71

4.8 BEBAN

Potensi energi angin di PT. LBN desa Ciheras digunakan untuk pemakaian

sendiri. Tetapi apabila rakyat sekitar menggunakan sesuai dengan inverter yang

digunakan sendiri. Berikut beban yang digunakan saat di PT. LBN

Tabel 4.11 Profil beban dengan pengunaan jenis peralatan

No Jenis Peralatan Jumlah Watt

1 Laptop 50 Watt 9 450

2 Lampu LED 15 Watt 4 60

3 Lampu 5 W 10 50

Total Daya 560

Tabel 4.12 Profil beban dengan pemakaian daya jumlah rata-rata

Pemakaian Daya di

rumah tangga LBN

Jam Watt

00:00 100

01:00 100

02:00 100

03:00 0

04:00 0

05:00 0

06:00 0

07:00 300

08:00 350

09:00 370

10:00 400

11:00 400

12:00 420

13:00 460

14:00 30

15:00 40

16:00 40

17:00 30

18:00 40

72

Pemakaian Daya di

rumah tangga LBN

Jam Watt

19:00 40

20:00 560

21:00 560

22:00 60

23:00 60

Jumlah 4460

Rata-rata 185,8333

Pada umumnya peralatan listrik yang digunakan berupa lampu penerangan,

dan peralatan elektronuka lainya. Data berikut dapat diambil kesempulan jumlah

total daya yang digunakan dalam 1 hari adalah 4460 Wh/d penggunaan peralatan

listrik. Daya yang didapatkan harus sebanding dengan beban yang terpakai.

Gambar 4.14 Hasil dari daya pemakaian di PT LBN

Percobaan untuk pembebanan yang digunakan rumah tangga pada desa

Ciheras mempunyai daya yang terpasang sebesar 500 Watt atau menggunakan

MCB sebesar 2 Ampere. Data yang diambil sejumlah 10 rumah untuk mengukur

penggunaan energi listriknya. Setiap rumah yang dipilih mempunyai peralatan

300

0

2700

220

1120

120

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

03:00 06:00 13:00 19:00 21:00 23:00

Day

a Te

rpak

ai

Jam

Daya Pemakaian

73

listrik rumah tangga seperti kulkas, pompa air, televisi, rice cooker, lampu

penerangan dan setrika listrik, nama penghuni rumah dan beban-beban listrik pada

masing-masing rumah diperlihatkan pada Tabel dibawah ini.

Tabel 4.13 Pengunaan beban-beban pada rumah tangga

NO Rumah Daya

Watt

Beban-Beban Peralatan Listrik

TV (Watt) Pompa air Beban lainya

1 Adam 500 80 210 350

2 Aldi 500 80 65 350

3 Dhika 500 80 115 350

4 Rafiqul 500 80 65 350

5 Mukmin 500 80 65 450

6 Nanang 500 80 65 350

7 Alek 500 80 210 450

8 Saputro 500 80 65 350

9 Abdul 500 80 65 350

10 Majid 500 80 65 350

Tiap rumah digunakan MCB sebesar 2 Ampere, apabila melebih batas arus

maka akan terjadi trip atau putusnya daya. Tabel dibawah ini merupakan data rata-

rata arus yang digunakan tiap harinya.

Tabel 4.14 Rata-rata daya yang digunakan tiap harinya

No Rumah

Daya

(Watt)

input

MCB

(Ampere)

Tegangan

(Volt)

Arus

Rata-rata

(Ampere)

Daya

(Watt)

output

1 Adam 500 2 220 1.23 270,6

2 Aldi 500 2 220 1.15 253

3 Dhika 500 2 220 0.98 215,6

74

No Rumah

Daya

(Watt)

input

MCB

(Ampere)

Tegangan

(Volt)

Arus

Rata-rata

(Ampere)

Daya

(Watt)

output

4 Rafiqul 500 2 220 0.98 215,6

5 Mukmin 500 2 220 1.69 371,8

6 Nanang 500 2 220 1.49 327,8

7 Alek 500 2 220 0.74 162,8

8 Saputro 500 2 220 0.92 202,4

9 Abdul 500 2 220 0.58 127,6

10 Majid 500 2 220 0.84 184,8

Jumlah daya output 2332

Dari data diatas dengan daya 500 watt, setiap keluarga bisa menikmati

dampak dari pembangkit listrik tenaga bayu yang di buat oleh PT. LBN. Hasil

daya output 2332 Watt dengan pemakaian 5 buah batre dalam 1 hari .

75

5 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dalam melakukan analisis pada skripsi ini, maka diperoleh beberapa hal

yang dapat disimpulkan, yaitu :

1. Hasil pengukuran kecepatan angin selama bulan agustus ditunjukan pada

hasil pengukuran rata-rata kecepatan angin sebesar 8,8m/s dan kecepatan

terendah pada bulan april sebesar 3,8 m/s. Dari data kecepatan rata-rata

maka masuk dalam kategori Ranting Pohon bergoyang, bendera

berkibar.dan kecepatan angin lebih besar terjadi pada siang sampai sore hari

yaitu mulai pukul 12.00 – 06.00 PM. Sedangkan kecepatan angin yang

terkecil terjadi pada malam sampai pagi hari yaitu pada pukul 12.00- 06.00

AM. Hal ini terjadi karena pada siang hari daratan akan lebih cepat

menerima panas, sehingga udara menjadi panas lalu memuai dan bertekanan

lebih rendah dari lautan.

2. Dalam Besar daya listrik yang dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu

ini cukup akurat untuk memasok beban listrik, dalam satu bulan Wind

Turbine dapat menghasilkan rata-rata daya listrik melalui data bulan

Agustus 2019. Setelah mendapatkan data daya sebesar rata-rata 130 Watt.

Pada tengangan dengan nilai rata-rata 25.4 Volt dan arus dengan rata-rata 5

Ampere.

76

3. Dari perhitungan tersebut didapat kebutuhan Baterai tipe battery OPzS 800

yang mempunyai tegangan normal 2 Volt, kapasitas 800 Ah atau 1,6 KWh.

Pada simulasi digunakan ini dalam satu stringnya terdapat 12 buah baterai

karena mengingat tegangan masukan inverter 24 V baterai sebanyak 3 buah

, karena pemakaian Inverter di Ciheras menggunakan Inverter berkapasitas

24 V, maka tegangan Inverter dibagi dengan tegangan baterai dan

didapatkan jumlah pemakaian baterai.

4. Hasil daya 500 watt, setiap keluarga bisa menikmati dampak dari

pembangkit listrik tenaga bayu yang di buat oleh PT. LBN. Hasil daya input

2332 Watt dengan pemakaian 5 buah baterai dalam 1 hari .

5.2 Saran

Untuk menyempurnakan skripsi ini, maka ada beberapa saran dari penulis,

yaitu :

1. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang pemanfaatan energi terbarukan

untuk pembangkit listrik sehingga dapat efisien dan maksimal dalam jangka

panjang.

2. Perlunya adanya pengembangan potensi daerah yang bisa dimanfaatkan

untuk membantu warga sekitar dalam kesulitan pasokan listrik.

3. Dibutuhkan peranan pemerintah untuk lebih mengetahui kesulitan

warganya dan memberikan solusi yang tepat jika pasokan listrik PLN padam.

77

DAFTAR PUSTAKA

Akbar, M. F. (2017). Desain Kontrol MPPT Menggunakan Perturb & Observe

(P&O) Berbasis Optimum Relation Untuk Turbin Angin yang Terkoneksi

dengan Grid (Doctoral dissertation, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Andika M.N, Trharyanto Y.T, Prasetya R.O., 2007, Kincir Angin Sumbu

Horizontal Bersudu Banyak, Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.

Aryanto, F., Mara, M., & Nuarsa, M. (2013). Pengaruh kecepatan angin dan

variasi jumlah sudu terhadap unjuk kerja turbin angin poros horizontal.

Dinamika Teknik Mesin: Jurnal Keilmuan dan Terapan Teknik Mesin,

3(1).

Baru Sayoga, I. M. A., Wiratama, I. K., Mara, M., & Catur, A. D. (2014).

Pengaruh variasi jumlah blade terhadap aerodinamik performan pada

rancangan kincir angin 300 watt. Dinamika Teknik Mesin: Jurnal

Keilmuan dan Terapan Teknik Mesin, 4(2).(16-10-2019).

Daryanto Y. (2007). Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga

Bayu. Yogyakarta.

Effendy, M. (2016). PENINGKATAN EFISIENSI PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA BAYU IMPROVEMENT OF WIND POWER PLANT BY

MAXIMUM POWER POINT TRACKING METHOD USING FUZZY

LOGIC BASED DC-DC CONVERTER. Ketenagalistrikan dan Energi

Terbarukan, 13(2), 79-88.)DENGAN METODA MAXIMUM POWER

POINT TRACKING MEMAKAI DC-DC CONVERTER BERBASIS

FUZZY LOGIC; EFFICIENCY

78

Fried L., 2015, Global wind statistic 2014, Belgium, Brussels.

Hermawan, D. (2016). Pengaruh Jumlah Blade Terhadap Kinerja Turbin Angin

Sumbu Horizontal.

Hidayatullah, N. A., & Ningrum, H. N. K. (2016). Optimalisasi Daya Pembangkit

Listrik Tenaga Angin Turbin Sumbu Horizontal dengan Menggunakan

Metode Maximum Power Point Tracker. JEECAE (Journal of Electrical,

Electronics, Control, and Automotive Engineering), 1(1).

Ikaningsih, M. A., & Saefudin, D. B. (2018). Pemodelan Kekuatan Bilah Turbin

Angin Horisontal Multimaterial. Jurnal Teknik: Media Pengembangan

Ilmu dan Aplikasi Teknik, 17(1), 27-35.

Ismail, I., & Arrahman, T. (2017). Perancangan turbin angin sumbu horizontal

tiga sudu dengan kapasitas 3 MW. Presisi, 18(2). Hal 11-12

Jain, B., Jain, S., & Nema, R. K. (2015). Control strategies of grid interfaced wind

energy conversion system: An overview. Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 47, 983-996.

Madi, 2017, Studi perancangan horizontal axis wind turbine dengan perbedaan

desain air foil pada bilah jenis taper untuk pembangkit listrik tenaga angin

laut di Pantai Ciheras, PT. Lentera Angin Nusantara Surabaya, Tugas

Akhir, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

MURDANI, M. (2019). ANALISA PERBANDINGAN ARUS DAN

TEGANGAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN DAN

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA.

Nusantara, L. A. (2014). Pengenalan Teknologi Pemanfaatan Energi Angin. LAN,

Tasikmalaya.

79

Piggott, H., & Blow, J. (2011). Windpower workshop: building your own wind

turbine. Centre for Alternative Technology.

Prajapat, G. P., Bhui, P., Kumar, P., & Varma, S. (2019, March). Estimation based

Maximum Power Point Control of DFIG based Wind Turbine Systems. In

2019 IEEE PES GTD Grand International Conference and Exposition Asia

(GTD Asia) ( 673-678). IEEE.

Pudjanarsa, Astu. (2006). Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI.Antonov

Bachtiar*, Wahyudi Hayattul.(2018).Analisis Potensi Pembangkit Listrik

Tenaga Angin PT. Lentera Angin Nusantara (LAN) Ciheras,JURNAL

TEKNIK ELEKTRO ITP, Vol. 7, No. 1,

Prastyo Budhi,(2015).TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL TIPE TSD

500 PADA BEBAN KONSTAN, Semarang,Jurnal Teknik Energi Vol 11

No. 3.

Saefudin, D. B., Piseno, W., & Hakim, R. (2018). Kajian Keserupaan Parameter

Kinerja Miniatur dan Prototipe Turbin Angin Sumbu Horisontal. Jurnal

Teknik: Media Pengembangan Ilmu dan Aplikasi Teknik, 17(2), 60-68

Sari, N. H., & Laksamana, W. G. (2019). Perancangan bilah tipe taperless pada

kincir angin: Studi kasus di PT. Lentera Bumi Nusantara Tasikmalaya.

Dinamika Teknik Mesin: Jurnal Keilmuan dan Terapan Teknik Mesin,

9(2), 104-109.

Sayogo, A. (2016). PERANCANGAN DAN PEMBUATAN KINCIR ANGIN

TIPE HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE (HAWT) UNTUK

DAERAH PANTAI SELATAN JAWA.

80

Sulaksono, B. (2019). PERANCANGAN SUDU TANGKAP TERHADAP

VARIASI KECEPATAN ANGIN PADA TURBIN ANGIN. Teknobiz:

Jurnal Ilmiah Program Studi Magister Teknik Mesin, 9(2), 1-7.)

Yuhendri, M. (2017). Sistem Kendali Daya Maksimum Pembangkit Listrik

Tenaga Angin Menggunakan Very Sparse Matrix Converter Berbasis

Kecerdasan Buatan (Doctoral dissertation, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember).

Zahra I.N., 2014, Pengenalan teknologi pemanfaatan energi angin Tasikmalaya,

PT. Lentera Bumi Nusantara, Tasikmalaya.

81

LAMPIRAN

Lokasi Lentera Bumi Nusantara

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94