Teknik Elektro Umrah – |

PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK HYBRID TURBIN

ANGIN DAN PANEL SURYA

Triadi Supranoto , Rozeff Pramana

Email: triadisupranoto@yahoo.com , rozeff@umrah.ac.id

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji

ABSTRACK

Indonesia is a country with a group of islands and has a tropical climate, this has

its own advantages to develop plants that are sourced from nature. Wind energy

and solar energy are choices as alternative generators used. Both of these

energies can be used as a hybrid power plant. The results of testing for wind and

solar hybrid power plants obtained the results of turbines working at wind speeds

of 3.1 m / s to 5.1 m / s, so it can be concluded that the turbine can rotate at low

wind speeds. Meanwhile, the solar panel gets the highest radiation at 12:45 WIB

and starts to decrease at 14.00 WIB. The measurement starts at 11.00 WIB with

the initial battery voltage of 8.9 V then the battery starts to charge up to 10.2 V at

13.00 WIB until the full 12.1 V at 14.35 WIB

Keywords: Hybrid

ABSTRAK

Indonesia merupakan negara dengan gugusan kepulauan dan memiliki iklim

tropis, hal ini menjadi keuntungan tersendiri untuk mengembangkan pembangkit

yang bersumber dari alam. Energi angin dan energi matahari menjadi pilihan

sebagai pembangkit alternative yang digunakan. Kedua energi tersebut dapat

dijadikan sebagai sebuah pembangkit listrik hybrid. Hasil pengujian untuk

pembangkit listrik hybride angin dan surya didapatkan hasil turbin bekerja pada

kecepatan angin 3,1 m/s hingga 5,1 m/s, sehingga dapat disimpulkan bahwa turbin

dapat berputar pada kecepatan angin rendah. Sedang kan untuk panel surya

mendapatkan radiasi tertinggi pada pukul 12.45 WIB dan mulai menurun pada

pukul 14.00 WIB. Pengukuran dimulai pukul 11.00 WIB dengan tegangan awal

baterai 8,9 V lalu baterai mulai terisi hingga 10,2 V pada pukul 13.00 WIB

hingga penuh 12,1 V pada pukul 14.35 WIB.

Kata Kunci: Hybrid.

Teknik Elektro Umrah – |

I. PENDAHULUAN

Energi Listrik adalah salah

satu energi yang dibutuhkan untuk

kelangsungan hidup manusia.

Kebutuhan listrik yang semakin

meningkat akan mendorong manusia

untuk memanfaatkan berbagai

macam potensi energi yang ada di

Indonesia. Secara garis besar, energi

dibagi menjadi dua macam yakni

energi konvensional dan energi

alternatif. Namun untuk saat ini

energi listrik yang dihasilkan berasal

dari energi konvensional seperti batu

bara, solar dan berbagai macam

lainnya. Keterbatasan sumber energi

konvensional menjadi sebab untuk

memanfaatkan energi alternatif lebih

banyak di Indonesia (Prasetyo,

Berdasarkan permasalahan di atas

penulis bermaksud ingin melakukan

perancangan prototype pembangkit

listrik hybrid tubin angin dan panel

surya. Penelitian ini dilakukan guna

menciptakan suatu pembangkit yang

handal dalam mensuplai energi listrik

dan bersifat efisien. Dibuatnya

pembangkit dari 2 sumber energi

yang dikombinasi ini diharapkan

dapat menyediakan catu daya yang

kontinyu, efisien dan optimal.

Pembangkit ini nantinya diharapkan

dapat dikembangkan lebih optimal di

Indonesia agar tidak tergantung pada

pembangkit konvensional saja.

II. KAJIAN LITERATUR

Ada beberapa kajian yang

dilakukan oleh penulis-penulis

sebelumnya tentang pembangkit

listrik hybrid angin dan surya.

Penelitian yang dilakukan oleh

F Eko wismo winarto dan Sugianto

(2013) yaitu potensi pembangkitan

listrik hybrid menggunakan vertical

axis wind turbine tipe savonius dan

Teknik Elektro Umrah – |

panel sel surya. Dalam penelitian ini

keuntungan terbesar turbin angin

sumbu vertical (Vertical Axis Wind

Turbine, VAWT), adalah generator

dan gear box dapat diinstal di dasar

tower sehingga mudah untuk dirawat

dan diperbaiki. Teknologi turbin

angin dan panel surya menawarkan

solusi biaya yang efektif untuk

mengurangi ketergantungan terhadap

minyak dan gas bumi dari negara lain

yang mahal, penggabungan system

PV-angin merupakan kombinasi

yang bagus dimana saat musim

panas, daratan mempunyai kecepatan

angin cenderung rendah sedangkan

panas matahari lebih efisien untuk

digunakan, dan sebaliknya di musim

dingin kecepatan angin lebih tinggi

di saat energi matahari jatuh pada

energi terendahnya.

Penelitian selanjutnya

dilakukan oleh Dedy Nataniel Ully.,

dkk (2014) yaitu pengaruh

pemasangan sudu pengarah dan

variasi jumlah sudu rotor terhadap

performance turbin angin savonius.

Dari hasil penelitian menunjukkan

bahwa rotor yang menggunakan sudu

pengarah dapat menghasilkan power

coefficient sebesar 0,385 pada

kecepatan angin 7,2 m/s sedangkan

bila tanpa sudu pengarah power

coefficient hanya sebesar 0,16 pada

kecepatan angin yang sama. Putaran

rotor dan energi listrik yang

dihasilkan kemudian diukur pada

masing-masing perlakuan sesuai

dengan variasi kecepatan angin yang

ditetapkan yaitu 4, 5, 6 dan 7 m/s

serta variasi jumlah sudu rotor yaitu

dua, tiga dan empat sudu. Pada

penelitian ini rotor tiga sudu

menghasilkan putaran tertinggi yaitu

452,15 rpm, kemudian terjadi

penurunan pada rotor dua sudu yaitu

402,66 rpm dan putaran terendah

Teknik Elektro Umrah – |

terjadi pada rotor empat sudu yaitu

312,55 rpm.

Penelitian selanjutnya

dilakukan oleh Gustina Riani dan

Rozeff Pramana, (2017) yaitu

prototipe pemanfaatan tenaga surya

untuk kelong di Kepulauan Riau.

Dalam penelitian ini menggunakan

panel surya jenis polycrystalline

dengan daya 10 WP dan baterai

kering dengan tegangan 12 VDC

serta arus 7,5 Ah. Waktu yang

dibutuhkan dalam mengecas baterai

dimulai dari 09.30 WIB sampai

dengan 16.30 WIB, hasil penelitian

ini sebagai perbandingan untuk

penggunaan genset pada kelong yang

membutuhkan daya sebesar 9713W

maka dibutuhkan panel 234 buah

dengan kapasitas panel 10WP

sebanyak 130 buah baterai dengan

kapasitas 7,5Ah.

A. Landasan Teori

1. Pembangkit Listrik Tenaga

Surya

PLTS adalah pembangkit yang

memanfaatkan sinar matahari

sebagai sumber penghasil listrik.

PLTS merupakan pembangkit listrik

yang mengubah energi surya menjadi

energi listrik, oleh karena itu tidak

membutuhkan supply bahan bakar

dan dapat bekerja secara otomatis

tanpa memerlukan operator. PLTS

juga sering disebut sebagai Solar

cell, Solar Photovoltaik atau Solar

Energi. Pembangkit Listrik Tenaga

Surya bisa dilakukan dengan dua

cara, yaitu secara langsung

menggunakan photovoltaic dan

secara tidak langsung dengan

pemusatan energi surya.

Sel surya atau sel photovoltaic

adalah alat yang mengubah energi

cahaya secara langsung menjadi

energi listrik menggunakan efek

Teknik Elektro Umrah – |

fotoelektrik. Pembangkit listrik

tenaga surya tipe photovoltaic adalah

pembangkit listrik yang

menggunakan perbedaan tegangan

akibat efek fotoelektrik untuk

menghasilkan listrik. Solar panel

terdiri dari 3 lapisan, lapisan panel P

di bagian atas, lapisan pembatas di

tengah, dan lapisan panel N di bagian

bawah. Efek fotoelektrik adalah di

mana sinar matahari menyebabkan

elektron di lapisan panel P terlepas,

sehingga hal ini menyebabkan proton

mengalir ke lapisan panel N di

bagian bawah dan perpindahan arus

proton ini adalah arus listrik.

2. Pembangkit Listrik Tenaga

Angin

Pembangkit listrik tenaga angin

adalah suatu pembangkit listrik yang

menggunakan angin sebagai sumber

energi untuk menghasilkan energi

listrik. Pembangkit ini dapat

mengkonversikan energi angin

menjadi energi listrik dengan

menggunakan turbin angin atau

kincir angin. Sistem pembangkitan

listrik menggunakan angin sebagai

sumber energi merupakan sistem

alternatif yang sangat berkembang

pesat, mengingat angin merupakan

salah satu energi yang tidak terbatas

di alam.

Suatu pembangkit listrik dari

energi angin merupakan hasil dari

penggabungan dari bebrapa turbin

angin sehingga akhirnya dapat

menghasilkan listrik. Cara kerja dari

pembangkitan listrik tenaga angin ini

yaitu awalnya energi angin memutar

turbin angin.Turbin angin bekerja

berkebalikan dengan kipas angin

(bukan menggunakan listrik untuk

menghasilkan listrik, namun

menggunakan angin untuk

menghasilkan listrik). Kemudian

angin akan memutar sudut turbin,

lalu diteruskan untuk memutar rotor

Teknik Elektro Umrah – |

pada generator di bagian belakang

turbin angin.

3. Pembangkit Listrik Hybrid

Pembangkit Listrik Tenaga

Hybrid (PLTH) adalah pembangkit

listrik yang terdiri lebih dari satu

macam pembangkit dimana

menggabungkan beberapa sumber

energi yang dapat diperbaharui

(renewable) dengan dan atau yang

tidak dapat diperbaharui

(unrenewable). Pembangkit listrik

tenaga hybrid merupakan salah satu

alternative system pembangkit yang

tepat diaplikasikan pada daerah-

daerah yang sukar dijangkau oleh

system pembangkit besar seperti

jaringan PLN atau PLTD.

Pembangkit listrik tenaga hybrid

ini memanfaatkan renewable energi

sebagai sumber utama (primer) yang

dikombinasikan dengan diesel

generator sebagai sumber energi

cadangan (sekunder). Pada

pembangkit listrik tenaga hybrid,

renewable energi yang digunakan

dapat berasal dari energi matahari,

angin, arus laut dan lain-lain yang

dikombinasi dengan diesel generator

set sehingga menjadi suatu

pembangkit yang lebih efisien,

efektif dan handal untuk dapat

mensuplai kebutuhan energi listrik.

III. METODE PERANCANGAN

Tahapan ini perancangan yang

dimaksud adalah rencana desain

untuk membuat pembangkit listrik

hybrid turbin angin dan panel surya.

Perancangan meliputi perancangan

turbin angin savonius, perancangan

panel surya, perancangan kaki

menara, perancangan poros turbin.

A. Alat dan Bahan Perancangan

1. Alat-alat Penelitian

Alat yang diperlukan dalam

pembuatan turbin :

a. Pahat

b. Gergaji

Teknik Elektro Umrah – |

c. Martil

d. Bor

e. Gerenda

f. Meteran

g. Mesin Las

h. Pisau

i. Gunting

j. Penggaris

2. Bahan-bahan Penelitian

Bahan yang diperlukan dalam

pembuatan turbin :

a. Generator

b. Papan Teriplek

c. Plat Almunium

d. Besi Sambung

e. Besi Galpanis

f. Almunium Batang

g. Besi Poros

h. Pipa

i. Bearing

j. Bealting

k. Baut

B. Perancangan Pembangkit

Listrik Hybrid

Perancangan ini terdiri dari 2

bagian utama yaitu pembangkit

listrik tenaga surya, pembangkit

listrik tenaga angin. Untuk turbin

angin dan surya dibagi menjadi 3

bagian yaitu bagian input terdiri dari

turbin angin dan panel surya, bagian

proses terdiri dari baterai charge

controller (BCCU) dan bagian output

terdiri dari baterai, inverter beban

DC(direct current), dan beban

AC(alternating current).

Gambar Blok diagram secara

umum

Teknik Elektro Umrah – |

Gambar 2. Flowchart cara kerja

1. Perangkat Perancangan Sudu

Savonius

Perancangan sudu ini yang

harus diperhatikan adalah pemilihan

bahan yang ringan, kuat serta tahan

korosi. Material yang digunakan

dalam pembuatan sudu savonius

adalah pelat almunium dengan

ukuran 0,4 mm, papan triplek dengan

ukuran 7 mm, dan besi ulir. Selain

itu beberapa hal lainnya yang harus

diperhatikan adalah jumlah sudu,

kelengkungan sudu, ukuran sudu

dan diameter pada turbin.

Gambar 3. Sudu Turbin

Savonius

2. Perancangan Menara Turbin

Menara berfungsi untuk

menahan beban turbin angin serta

panel surya. Karena beban yang

dihasilkan cukup besar maka

material yang dibutuhkan dalam

pembuatan menara harus kuat, dalam

perancangan ini material yang

digunakan adalah besi kombinasi dan

besi galpanis. Perancangan menara

Teknik Elektro Umrah – |

dibuat dengan empat tiang

penyanggadengan ukran tinggi 65 cm

yang disatukan dan diperkuat dengan

besi galpanis, pada bagian atas dan

tengah menara diletakkan bearing

sebagai kedudukan poros turbin.

Gambar 4. Kaki menara

turbin angin

3. Perancangan Panel Surya

Panel surya yang digunakan

dalam penelitian ini menggunakan

jenis polycrystalline 20WP. Panel

surya diletakan dibawah sudu turbin

dengan menggunakan besi sambung

sebagai penyangganya. Berikut

spesifikasi dari panel surya yang

digunakan dalam membuat

pembangkit listrik hybrid.

Gambar 5. Panel Surya

4. Perancangan Pembangkit

Listrik Hybrid

Perancangan akhir dilakukan

apabila semua komponen telah

selesai. Selanjutnya untuk penyatuan

komponen, turbin angin diletakan

diatas poros sedangkan panel surya

diletakan disamping dan dibawah

turbin. Peletakan panel surya

disamping turbin dengan posisi

dibawah sudu dengan tujuan agar

Teknik Elektro Umrah – |

ketika turbin berputar tidak terhalang

oleh panel surya.

Panel surya dihubungkan

langsung dengan charge control

yang akan diletakan dibawah kaki

penyangga, charge control akan

dihubungkan dengan inverter yang

akan diletakan di bawah kaki

penyangga, selanjutnya charge

control akan langsung dihubungkan

dengan baterai (aki) yang juga

diletakan di bawah kaki penyangga,

untuk tiang poros turbin bagian

bawah akan diletakkan pulley serta

bealting yang akan digunakan untuk

memutar generator, bealting

diletakkan pada generator yang

berada di bawah kaki penyangga

dimana dari generator langsung

dihubungkan pada baterai (aki). Jenis

turbin angin yang digunakan adalah

savonius dengan 3 sudu dan panel

surya jenis polycrystalline dengan

daya 20 Wp.

Gambar 6. Pembangkit listrik

hybrid

5. Flowchart Penelitian

Diagram alur penelitian

merupakan langkah-langkah yang

dilakukan untuk menjalankan

penelitian. Diagram alur tersebut

akan menjadi acuan pengerjaan

penelitian sebagai landasan proses

kerja. Diagram alur pada penelitian

ini akan ditampilkan dalam bentuk

flowchart seperti pada gambar 7.

Gambar 7. Flowchart Penelitian

Teknik Elektro Umrah – |

IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pengujian dilakukan untuk

mengetahui kinerja dari pembangkit

listrik.Sementara analisa dilakukan

untuk mengetahui kemampuan dari

pembangkit listrik tersebut apakah

bekerja dengan baik.

A. Pengujian Sistem

Pengujian dilakukan untuk

menguji perangkat secara bertahap

mulai dari turbin angin, panel surya,

solar charge controller, baterai,

inverter, generator serta pengujian

secara hybrid antara turbin angin dan

panel surya. Pengujian perangkat

dilakukan selama 1 hari mulai dari

pukul 09.00 WIB sampai dengan

pukul 15.30 WIB.

1. Pengujian Turbin Angin

Pengujian turbin angin ini

dilakukan di area terbuka dengan

posisi turbin tegak lurus dan bebas

hambatan angin

.

Gambar 8. Pengujian turbin

angin

Dari hasil pengujian turbin

didapatkan hasil daya putar turbin

terendah pada pukul 09.00 sampai

pukul 10.00 dimana pada saat itu

kecepatan angin sangat rendah.

Sedangkan untuk hasil putar turbin

tertinggi dimulai pada pukul 12.00

hingga pukul 15.30 dimana pada saat

itu kecepatan angin sangat tinggi.

Perputaran turbin sangat dipengaruhi

oleh kecepatan angin karena semakin

Teknik Elektro Umrah – |

tinggi kecepatan angin maka akan

semakin cepat turbin berputar dalam

menghasilkan RPM, arus, tegangan

serta daya yang besar.

2. Pengujian Panel Surya

Pengujian panel surya dilakukan

dengan mengukur besar tegangan

dan arus yang dihasilkan panel surya

pada siang hari. Panel surya yang

digunakan jenis polikristaline

berkapasitas 20WP. Pengujian panel

surya ini dilakukan dengan

mengukur tegangan pada panel surya

dan juga mengukur radiasi matahari

pada saat yang bersamaan.

Gambar 9. Pengujian panel

surya

Gambar 10. Grafik radiasi

matahari

Gambar 11. Grafik daya

panel surya

3. Pengujian Pembangkit

Listrik Hybrid

Pengujian pembangkit listrik

hybrid angin dan surya dilakukan

untuk mengetahui apakah

Teknik Elektro Umrah – |

pembangkit tersebut dapat berfungsi

secara optimal atau tidak optimal.

Setelah sebelumnya melakukan

pengujian dengan masing-masing

pembangkit secara terpisah,

selanjutnya dilakukan pengujian

secara hybrid. Dalam proses ini

pengujian menggunakan baterai 12

V.

Pengujian dilakukan mulai

pukul 11.00 WIB dengan tegangan

awal baterai 8,9 V hingga pukul

14.35 WIB dengan tegangan baterai

menacapai 12,1 V. Lamanya waktu

pengecasan dipengaruhi oleh

keadaan cuaca pada saat pengujian

dimana kecepatan angin serta kondisi

normal saat matahari tidak tertutup

oleh awan.

Gambar 12. Pengujian pembangkit

listrik hybrid

Gambar 13. Grafik daya turbin

Gambar 14. Grafik daya panel surya

Teknik Elektro Umrah – |

Gambar 15. Grafik total daya hybrid

Gambar 16. Pengujian terhadap

baterai

Dari hasil pengukuran dapat

dilihat waktu mulai dari pukul 11.00

WIB dengan tegangan awal baterai

8,9 V lalu baterai mulai terisi hingga

10,2 V pada pukul 13.00 WIB hingga

penuh 12,1 V pada pukul 14.35 WIB.

Berikut gambar 36 pengujian

pembangkit listrik hybrid.

Pembangkit listrik hybrid

angin dan surya telah di lakukan

pengujian baik secara terpisah dan

juga secara hybrid. Input sistem

terdiri dari 2 bagian tahapan yaitu

dari turbin angin serta panel surya,

tahapan pertama turbin

menggunakan energi angin yang

membuatnya berputar untuk

menggerakan generator, dimana

generator berputar menghasilkan

arus listrik setelah itu dialirkan

masuk kedalam batterai. Untuk

tahapan ke dua panel surya

menerima energi panas matahari

yang dirubah menjadi energi listrik

selanjutnya di alirkan kedalam

charge control yang berfungsi untuk

mengatur arus listrik yang masuk ke

dalam baterai.

Hasil pengujian untuk

pembangkit listrik hybrid angin dan

surya didapatkan hasil turbin bekerja

pada kecepatan angin 3,1 m/s hingga

5,1 m/s, sehingga dapat disimpulkan

bahwa turbin dapat berputar pada

kecepatan angin rendah. Sedang kan

untuk panel surya mendapatkan

radiasi tertinggi pada pukul 12.45

Teknik Elektro Umrah – |

WIB dan mulai menurun pada pukul

14.00 WIB.

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang

telah dilakukan dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari hasil pengukuran

menggunakan turbin angin

dapat dilihat waktu mulai dari

pukul 09.00 WIB dengan

kecepatan angin 3,1 M/s dan

pengujian panel surya

mendapatkan hasil tertinggi

pada pukul 12.45 dengan

radiasi matahari 986 W/m

dan mulai menurun pada

pukul 14.00 dengan radiasi

matahari 845 W/m .

2. Hasil pengujian untuk

pembangkit listrik hybride

angin dan surya didapatkan

hasil turbin bekerja pada

kecepatan angin 3,1 m/s

hingga 5,1 m/s, sehingga

dapat disimpulkan bahwa

turbin dapat berputar pada

kecepatan angin rendah.

Sedang kan untuk panel surya

mendapatkan radiasi tertinggi

pada pukul 12.45 WIB dan

mulai menurun pada pukul

14.00 WIB. pengukuran dapat

dilihat waktu mulai dari

pukul 11.00 WIB dengan

tegangan awal baterai 8,9 V

lalu baterai mulai terisi

hingga 10,2 V pada pukul

13.00 WIB hingga penuh

1 V pada pukul 14.35

WIB.

DAFTAR PUSTAKA

Setiawan,, Hidayat,, Candra., 2017,

Rancang Bangun DC

Submersible Pump Sistem

Photovoltaic Battery Coupled

dengan Panel Surya Tipe

Teknik Elektro Umrah – |

Polycryystalline Skala

Laboratorium. Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah

Jakarta.

Rudianto,, ahmadi., 2016, Rancang

Bangun Turbbin Angin

Savonius 200 Watt. Sekolah

Tinggi Tekhnologi Adisutjipto.

Wuriyandani,, Rustana,, Nasbey.,

2015, Pengembangan

Pembangkit Listrik Tenaga

Hibrida Menggunakan Turbin

Angin Sumbu Veertikal Tipe

Double-Stage Savonius dan

Panel Surya. Universitas

Negeri Jakarta.

Nataniel,, Wuwur,, Ginting., 2017,

Pengaruh Pemasangan Sudu

Pengarah dan Variasi Jumlah

Sudu Rotor Terhadap

Performance Turbin Angin

Savonius Tipe L. Jurusan

Teknik Mesin PNK, Kupang

Winarto,, Sugianto., 2013, Potensi

Pembangkitan Listrik Hybrid

Menggunakan Vertical Axis

Wind Turbine Tipe Savonius

dan Panel Sel Surya. Teknik

Mesin Sekolah Vokasi UGM.

Prasetyo., 2018, Rancang Bangun

Pembangkit Hybrid Tenaga

Angin dan Sel Surya Untuk

Penerangan Jalan Raya.

Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Riani,, Pramana., 2017, Prototipe

Pemanfaatan Tenaga Surya

Untuk Kelong di Kepulauan

Riau. Universitas Maritim Raja

Ali Haji.

Syafaruddin,, Bachtiar,, dkk., 2006.

Pemodelan dan Simulasi

Pembangkit Listrik Tenaga

Angin untuk Koneksi Grid.

JPE Unhas.

Teknik Elektro Umrah – |

Nanang,, Gunarto,, Sarwono., 2017.

Study Eksperimental Berbagai

Macam Jenis Sudu Turbin

Angin Sumbu Horizontal Skala

Laboratorium. Universitas

Muhammadiyah Pontianak.

Latif., 2013. Efisiensi Prototipe

Turbin Savonius pada

Kecepatan Angin Rendah.

Universitas Andalas Padang

Kampus Limau Manis.

Jasriyanto,, Pramana,, dkk., 2016.

Perancangan Solar Tracker

untuk Men-suply Daya Kamera

Monitoring Sistem Keamanan

Perairan dan Pulau Terluar.

Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, Universitas Maritim

Raja Ali Haji.