Penelitian dilaksanakan pada simulasi komputer dengan menggunakan
software MATLAB dengan memanfaatkan data kecepatan angin yang didapat dari
Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG) kota Medan. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan
Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data kecepatan angin rata-rata di kota Medan khususnya pada daerah Medan Tuntungan dan Sekitarnya, dengan tujuan melihat kecepatan angin minimal dan maksimal yang berhembus di kota Medan. Peralatan yang akan
digunakan dalam penelitian ini adalah software MATLAB.
3.3 Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
Vw : Kecepatan Angin
Pm : Daya Mekanis Turbin Angin
Pg : Daya yang dibangkitkan generator
: Besar sudut yang harus diaplikasikan pada turbin
Cp : Koefisien performansi turbin angin
3.4 Prosedur Penelitian
Berdasarkan diagram alir, teknik perhitungan dan pengolahan dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:
Berdasarkan flowchart penelitian pada gambar 3.1, langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut:
1. Pengumpulan data
Data yang dibutuhkan diambil dari Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Kota Medan meliputi:
a. Kecepatan rata-rata angin Kota Medan
b. Kecepatan angin minimal dan maksimal Kota Medan secara umum
c. Kerapatan angin kota Medan
Sedangkan untuk rating generator akan disesuaikan dengan besaran
kecepatan angin dan dikalkulasi untuk mendapatkan besaran daya yang mungkin dapat dihasilkan dengan kecepatan angin kota medan.
2. Membuat model simulasi turbin angin pada simulink
Membuat model simulasi turbin angin dilakukan pada software
simulink. Pemodelannya meliputi:
a. Pemodelan turbin angin
b. Pemodelan sistem kontrol pitch angle dengan logika fuzzy
3. Melakukan pengaturan kontrol logika fuzzy
Melakukan pengaturan logika fuzzy akan dilakukan dengan
memberikan masukan peraturan-peraturan pada kendali logika fuzzy
dengan menentukan fungsi membership berupa batasan sudut kerja turbin
4. Analisis pengaruh penambahan kontrol logika fuzzy
Analisis pengaruh penambahan kontrol logika fuzzy akan dilakukan
dengan melihat pengaruh yang ditimbulkan oleh kontrol pada besaran-besaran berikut:
a. Daya mekanis keluaran rata-rata turbin angin
b. Besar pergeseran pitch angle turbin angin
c. Besaran peningkatan efisiensi yang dihasilkan kontrol pitch
angle turbin
5. Membandingkan besaran daya keluaran dengan dan tanpa penambahan
kontrol logika fuzzy
Perbandingan antara besaran daya keluaran ini akan menunjukkan seberapa besar peningkatan efisiensi kerja turbin angin yang dapat
dihasilkan dengan menambahkan kontrol pitch angle dengan logika fuzzy.
6. Menampilkan hasil dan menarik kesimpulan
Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah peningkatan daya
keluaran dan efisiensi kerja turbin angin setelah ditambahkan kontrol pitch
3.5 Metoda Kerja Kendali Pitch Angle Berbasis Logika Fuzzy
Metoda kerja logika fuzzy adalah dengan menerjemahkan bahasa verbal
yang bersifat kualitatif dan tidak presisi menjadi besaran angka, dimana proses kerja (fuzzyfikasi) berlangsung dengan memproses masukan berupa angka, lalu diproses dengan dasar bahasa verbal dan menghasilkan keluaran berupa angka sebagai output.
Kontrol logika fuzzy akan bekerja dengan tahapan sebagai berikut:
i. Menyatakan input pada sistem,
ii. Mengatur peraturan-peraturan yang akan digunakan pada sistem
iii. Merancang metoda untuk mengonversi hasil kerja fuzzy menjadi sinyal
keluaran yang dapat dimanfaatkan kembali pada sistem (defuzzifikasi)
Kontrol logika fuzzy yang akan menggunakan input berupa berdasarkan
deviasi daya dari nilai error∆P yang dapat dirumuskan sebagai berikut:
∆ = − (3.1)
Dimana Pref adalah daya yang dinyatakan pada rancangan sistem dan Pg adalah
daya yang diukur pada generator.
Peraturan yang digunakan adalah berdasarkan besaran error daya diatas,
dimana ketika error daya zero, maka tidak ada perubahan sudut yang perlu untuk
dilakukan. Ketika error bernilai positif, maka daya yang dibangkitkan tidak sesuai
referensi dan perlu penyesuaian pada sudut turbin, yaitu dengan menurunkan
sudut turbin. Sedangkan saat error bernilai negatif, maka daya yang dibangkitkan
Peraturan tersebut dapat dilihat pada fungsi membership dibawah ini:
Gambar 3.2 Fungsi membership sinyal input kendali fuzzy (power error)
Gambar 3.3 Fungsi membership sinyal output kendali fuzzy (variasi sudut)
Diagram blok kontrol turbin angin dengan logika fuzzy dapat dilihat pada
gambar 3.4 berikut:
Sedangkan proses kerjanya dapat dilihat melalui diagram alir pada gambar 3.5 berikut:
BAB IV
SIMULASI PENGATURAN PITCH ANGLE TURBIN ANGIN BERBASIS KENDALI LOGIKA FUZZY
4.1 Umum
MATLAB (Matrix Laboratory) merupakan suatu program komputer yang bisa memecahkan berbagai masalah matematis yang kerap ditemui dalam bidang teknis. Matlab dapat dimanfaatkan untuk menemukan solusi dari berbagai masalah numerik secara cepat dan tepat, mulai dari masalah yang sederhana hingga masalah yang kompleks. Salah satu aspek yang sangat berguna dari program matlab adalah kemampuannya menggambarkan berbagai jenis grafik, sehingga pengguna dapat menvisualisasikan data dan fungsi yang kompleks. Dalam program matlab juga dilengkapi dengan simulink, yaitu perangkat lunak yang digunakan dalam pemodelan, simulasi, juga menganalisis sistem dinamis. Mendukung sistem linier dan nonlinier, dapat dimodelkan dalam waktu kontiniu, waktu sampel atau hibrida dari keduanya. Sistem ini juga dapat multirate, yaitu memiliki bagian yang berbeda dari apa yang dicontohkan atau diperbaharui pada tingkat yang berbeda.
Program simulink akan membantu pengguna untuk dapat dengan mudah membangun suatu model dari awal, atau mengambil model yang sudah ada kemudian melakukan modifikasi untuk melakukan eksplorasi model non linier dengan lebih realistis, memperhitungkan faktor gesekan, hambatan udara, gear slip, dan hal – hal lain yang menjelaskan fenomena pada dunia nyata.
4.2 Pengaturan Pitch Angle Turbin Angin
Pengaturan besaran perubahan pitch angle pada turbin angin bergantung pada besarnya kecepatan angin yang datang pada turbin. Hal ini diperlukan untuk menjaga kinerja dari turbin agar tidak mendapatkan daya yang berlebihan dimana daya yang berlebihan tersebut akan menjadikan fatigue load pada generator turbin angin. Adapun tahapan kerja dari kontrol pitch angle turbin angin tersebut dapat digambarkan melalui diagram blok pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Blok diagram kontrol logika fuzzy pada turbin angin
Adapun besaran dari sudut kerja (β) turbin angin akan didapatkan melalui perhitungan yang berdasarkan pada persamaan berikut:
= . . . . (4.1)
Dimana besaran dari Cp akan berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan besaran daya mekanis yang akan dimanfaatkan generator dan juga sesuai dengan rating yang telah ditentukan berdasarkan kemampuan perangkat turbin angin. Besaran Cp akan didapatkan melalui persamaan berikut:
( , ) = − − + (4.2) Logika Fuzzy Kecepatan Angin (Vw) Kendali Turbin
β
Turbin Anginβ
dimana
= . − . (4.3)
Besaran koefisien c1 hingga c6 menunjukkan koefisien karakteristik turbin angin (c1 = 0.5176, c2 = 116, c3 = 0.4, c4 = 5, c5 = 21 dan c6 = 0.0068).
Adapun besaran dari tip speed ratio (λ) akan bergantung pada banyaknya baling-baling yang dipasangkan pada turbin angin. Umumnya besaran λ adalah 3-9. Namun, dengan menggunakan simulasi pada software Matlab maka secara langsung akan menggunakan besaran λ nominal, yaitu 8,1.
Penelitian menggunakan data informasi angin pada kota Medan khususnya daerah Tuntungan dan sekitarnya dengan stasiun pengamat di Kantor BBMKG Wilayah 1. Data angin yang diperoleh merupakan data kecepatan angin rata-rata pada tahun 2013-2015. Melalui data ini, maka didapat besaran angin pada kota Medan berkisar antara 1 - 6 m/s dengan data terbanyak berada pada kisaran 3 – 4 m/s. Dengan data yang diperoleh, maka dapat dihitung besaran daya mekanis yang mampu dibangkitkan dengan potensi angin Kota Medan.
Untuk memperoleh kecepatan angin dengan besaran tersebut diperlukan ketinggian 10 meter dari permukaan tanah. Sehingga dengan demikian, besaran jari-jari turbin harus dibatasi pula. Pada penelitian ini, digunakan baling-baling dengan jari-jari sebesar 2 meter. Besaran ini dianggap paling rasional untuk aplikasi pada daerah perkotaan karena tidak mengganggu secara estetika dan sangat mungkin untuk diaplikasikan pada perumahan atau daerah perkotaan.
Sedangkan untuk penentuan jumlah baling-baling turbin dilakukan dengan menghitung menggunakan persamaan berikut:
=
. .. (4.4)Dimana n = putaran turbin (rpm) = tip speed ratio
Vm = kecepatan angin maksimal yang diterima turbin (m/s) D = diameter rotor (m)
Kemudian untuk menghitung jumlah baling-baling pada turbin membutuhkan persamaan berikut:
=
(4.5)Sehingga dengan demikian dapat dihitung besaran-besaran tersebut sebagai berikut:
= (60)(8,1)(6). 4
= 232,16
Maka akan didapat jumlah baling-baling pada turbin yang paling efektif sebagai berikut:
=232,168,1 = 3,54
Adapun besaran daya mekanis yang paling potensial untuk didapatkan berada pada kecepatan angin diantara 3 – 4 m/s dengan menggunakan besaran Cp maksimal yang didapatkan saat sudut turbin berada pada 0o bernilai 0,48 dengan perhitungan sebagai berikut:
Pada kecepatan angin 3 m/s
=12 . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 3 = 99,7
Pada kecepatan angin 4 m/s
=12 . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 4 = 236,33
Dengan demikian, maka diambil besaran daya mekanis yang memadai untuk daerah kota Medan adalah sebesar 200 Watt yang mana akan didapatkan dengan kecepatan angin sebesar 3,78 m/s. Hal ini menyebabkan perlunya penyesuaian besaran koefisien performansi (Cp) agar menjaga besaran daya mekanis turbin tetap pada 200 Watt dengan cara merubah besaran sudut turbin (pitch angle). Tindakan ini diperlukan untuk menghindari pembebanan berlebihan pada generator yang akan menyebabkan generator menerima daya masukan berlebihan (fatigue load) dimana hal tersebut akan membuat generator menjadi
panas yang kemudian menyebabkan penurunan performa bahkan dapat merusak generator.
Selanjutnya akan dilakukan perhitungan besaran Cp dan besaran sudut yang diperlukan untuk tiap kecepatan angin yang kemudian data tersebut akan dimasukkan pada kendali logika fuzzy untuk menjadi dasar kendali sudut baling-baling pada turbin angin. Adapun hitungan tersebut akan dijabarkan sebagai berikut:
Pada kecepatan angin 1 m/s (pada kecepatan angin dibawah 3,78 m/s, sudut turbin adalah 0o, sehingga Cp optimum sebesar 0.48)
=12 . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 1 = 3,69
Pada kecepatan angin 2 m/s (pada kecepatan angin dibawah 3,78 m/s, sudut turbin adalah 0o, sehingga Cp optimum sebesar 0.48)
=12 . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 2 = 29,54
Pada kecepatan angin 3 m/s (pada kecepatan angin dibawah 3,78 m/s, sudut turbin adalah 0o, sehingga Cp optimum sebesar 0.48)
=12 . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 3 = 99,7
Pada kecepatan angin 4 m/s
= . . . .
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 4 = 236,33
Sehingga akan diperlukan penyesuaian Cp sebagai berikut:
=
. . . (4.6)=1 200
2 (1,225)( . 2 ). 4 = 0,4
Dengan nilai Cp tersebut, maka sudut pada baling-baling turbin akan dihitung sebagai berikut:
1
1
= 8,1 − 0.88 −1 0.035+ 1
= 0,5176 116− 0,4 − 5 + 0,0068
0,4 = 0,5176 116 (8,1 − 0.88 −1 0.035+ 1) − 0,4 − 5 ( , . . )+ (0,0068)(8,1)
0,4 = 0,5176 116 (−0.88 + 8.1 − 0.88 + 8.1) − 0,4 − 5+ 0.03 − 0.7165 ( . .. .. . )+ 0.055
Maka dari perhitungan akan didapat saat kecepatan angin 4 m/s, β = 2o.
Pada kecepatan angin 5 m/s
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 5 = 461,58
Sehingga akan diperlukan penyesuaian Cp sebagai berikut:
=1 200
2 (1,225)( . 2 ). 5 = 0,2
Dengan nilai Cp tersebut, maka sudut pada baling-baling turbin akan dihitung sebagai berikut:
1
= 8,1 − 0.88 −1 0.035+ 1
0,2 = 0,5176 116 (8,1 − 0.881 − 0.035+ 1) − 0,4 − 5 ( , . . )+ (0,0068)(8,1)
0,2 = 0,5176 116 (−0.88 + 8.1 − 0.88 + 8.1) − 0,4 − 5+ 0.03 − 0.7165 ( . .. .. . )+ 0.055
Maka dari perhitungan akan didapat saat kecepatan angin 5 m/s, β = 10o.
Pada kecepatan angin 6 m/s
= . 1,225.0,48. ( . 2 ). 6 = 797,61
Sehingga akan diperlukan penyesuaian Cp sebagai berikut:
=1 200
2 (1,225)( . 2 ). 6 = 0,12
Dengan nilai Cp tersebut, maka sudut pada baling-baling turbin akan dihitung sebagai berikut:
1
= 8,1 − 0.88 −1 0.035+ 1
= 0,5176 116− 0,4 − 5 + 0,0068
0,12 = 0,5176 116 (8,1 − 0.881 − 0.035+ 1) − 0,4 − 5 ( , . . )+ (0,0068)(8,1)
Maka dari perhitungan akan didapat saat kecepatan angin 6 m/s, β = 19o. Selanjutnya akan didapatkan hubungan antara kecepatan angin dengan besaran sudut yang dibutuhkan turbin angin untuk menjaga kerja dari turbin seperti dapat terlihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hubungan Besaran Sudut Baling-Baling Turbin Angin dengan Kecepatan Angin
Kecepatan Angin (m/s) Sudut Baling-Baling Turbin
1 0o 2 0 o 3 0 o 4 2 o 5 10 o 6 19 o
Selanjutnya, data yang diperoleh akan diterjemahkan dalam logika fuzzy dan membentuk fungsi membership yang menjelaskan besaran-besaran fuzzy untuk input dan output yang ditunjukkan dalam bentuk garis.
Gambar 4.3 Fungsi membership sinyal output pengendali fuzzy (pitch angle) Kemudian, fungsi membership tersebut akan diaplikasikan pada simulasi simulink untuk mengendalikan turbin angin dengan kecepatan angin yang berubah-ubah pada setiap satuan waktunya. Dengan penambahan kendali ini, maka diharapkan akan didapat daya mekanis dengan besaran maksimal 200 watt pada kecepatan angin di atas 3,78 m/s untuk menjaga kinerja baik pada turbin maupun pada generator.
Adapun peraturan-peraturan pada kendali logika fuzzy yang diaplikasikan dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Peraturan-peraturan dasar kendali pitch angle turbin angin Vwind 1 4 4.5 5 5.5 6
Sudut 0 2 3 10 16 19
Dimana sistem tersebut dapat diilustrasikan dengan peraturan sebagai berikut: IF Vwind = 0 THEN Sudut = 0. Begitu pula dengan selanjutnya.
Dengan menggunakan logika fuzzy, maka besaran-besaran kecepatan angin yang berada diantara kecepatan angin yang telah diatur akan mengkalkulasi besaran sudut yang diperlukan tanpa harus dihitung secara manual.
4.3 Rangkaian Simulasi
Model rangkaian untuk mensimulasikan kendali pitch angle turbin angin dengan logika fuzzy dapat dilihat pada gambar 4.4 dan model rangkaian untuk sistem turbin angin secara keseluruhan dengan kendali logika fuzzy dapat dilihat pada gambar 4.5.
Gambar 4.4 Rangkaian simulasi kendali pitch angle turbin angin dengan logika fuzzy
Gambar 4.5 Rangkaian simulasi sistem turbin angin secara keseluruhan dengan kendali logika fuzzy
Vangin
t
t Sudut Turbin
4.4 Hasil Simulasi
Simulasi pengaturan pitch angle turbin angin berbasis kendali logika fuzzy pada tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan MATLAB R2012a. Rangkaian simulasi ditunjukkan pada gambar 4.4 dan 4.5. Keadaan simulasi dilakukan dengan keadaan sistem dengan beban resistif sebesar 200 Watt. Hasil simulasi ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 4.6 Kecepatan angin simulasi
t
t Pmek
Pelektris
Gambar 4.8 Daya mekanis turbin angin dengan kendali logika fuzzy
t
t Ioutput
Voutput
Gambar 4.10 Tegangan output generator turbin angin dengan kendali logika fuzzy
t Pmek
4.5 Perbandingan Kinerja Turbin Angin Dengan dan Tanpa Kendali Fuzzy
Turbin angin sangat bergantung pada performansinya dalam menghasilkan besaran daya mekanis yang sesuai dengan harapan. Selain itu, dengan memperbaiki koefisien performansi, akan mendapatkan perbaikan kinerja dan efisiensi dari turbin. Dengan demikian, koefisien performansi sangat berpengaruh pada kerja turbin.
Adapun pengaruh penambahan kendali logika fuzzy dalam pengaturan
pitch angle pada turbin angin dapat dilihat pada percobaan-percobaan berikut
dengan membandingkannya secara langsung pada turbin dengan besaran sudut yang tetap yang mana besaran sudutnya akan diambil sesuai dengan sudut yang sesuai dengan sistem simulasi pada percobaan ini.
Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan sudut tetap 0o Adapun secara grafis dapat dilihat pada gambar 4.12.
= dengan logika fuzzy = sudut tetap 0o Gambar 4.12 Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan
t Pmek
Secara rata-rata, turbin dengan sudut tetap 0o akan mendapatkan tangkapan daya mekanis yang lebih besar, pada percobaan tertulis bahwa turbin tersebut akan mendapatkan daya 167,6 watt dibandingkan dengan kendali logika fuzzy yang hanya 112 watt, namun terlihat pula bahwa daya mekanis kerap melebihi 200 watt dimana akan sangat mengganggu kinerja generator.
Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan sudut tetap 2o Adapun secara grafis dapat dilihat pada gambar 4.13.
= dengan logika fuzzy = sudut tetap 2o Gambar 4.13 Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan
sudut tetap 2o
Sama halnya dengan saat sudut tetap 0o, secara rata-rata, turbin dengan sudut tetap 2o akan mendapatkan tangkapan daya mekanis yang lebih besar, pada percobaan tertulis bahwa turbin tersebut akan mendapatkan daya 137,4 watt dibandingkan dengan kendali logika fuzzy
t Pmek
yang hanya 112 watt, namun terlihat pula bahwa daya mekanis kerap melebihi 200 watt dimana akan sangat mengganggu kinerja generator.
Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan sudut tetap 10o Adapun secara grafis dapat dilihat pada gambar 4.14.
= dengan logika fuzzy = sudut tetap 10o Gambar 4.14 Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan
sudut tetap 10o
Berbeda dengan saat sudut tetap 0o dan 2o, maka pada saat turbin menggunakan sudut tetap sebesar 10o, besaran tangkapan daya mekanis sudah berada di bawah turbin dengan kendali logika fuzzy. Dengan karakteristik grafik yang sudah hampir menyerupai hasil dengan logika kendali fuzzy, maka sudut tetap 10o memenuhi kriteria untuk diaplikasikan sebagai sudut tetap turbin. Namun dengan rata-rata daya yang didapatkan yaitu sebesar 100,7 Watt dibandingkan dengan kendali logika fuzzy
t Pmek
sebesar 112 Watt, maka terdapat keuntungan berupa besaran daya yang dapat dihasilkan dengan penambahan logika fuzzy sebesar 11,9%.
Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan sudut tetap 19o Adapun secara grafis dapat dilihat pada gambar 4.15.
= dengan logika fuzzy = sudut tetap 19o Gambar 4.15 Perbandingan antara turbin dengan kendali logika fuzzy dan
sudut tetap 19o
Serupa dengan saat menggunaan sudut tetap 10o, maka pada saat turbin menggunakan sudut tetap sebesar 19o, besaran tangkapan daya mekanis sudah berada di bawah turbin dengan kendali logika fuzzy. Namun dengan rata-rata daya yang didapatkan yaitu sebesar 33,51 Watt dibandingkan dengan kendali logika fuzzy sebesar 112 Watt, dimana terdapat selisih sebesar 70%, maka besaran sudut ini terbilang tidak aplikatif karena tidak dapat menangkap daya secara optimal.
4.6 Pengaturan Tegangan pada Turbin Angin
Turbin angin memiliki kekurangan berupa tegangan keluaran generator yang tidak stabil. Hal ini disebabkan putaran turbin angin yang menjadi energi mekanis berupa putaran yang masuk pada generator tidak bisa stabil akibat kecepatan angin yang kerap berubah-ubah setiap waktunya. Tegangan yang berubah-ubah ini menyebabkan tidak bisanya perangkat listrik untuk dihubungkan langsung dengan turbin angin. Tegangan yang berubah-ubah ini akan menyebabkan kerusakan pada perangkat listrik.
Hubungan antara tegangan yang dibangkitkan generator dengan putaran masukan pada generator dapat dilihat pada persamaan berikut:
= . . ∅ − (4.7)
Dimana:
V = Tegangan terminal generator
c = Konstanta mesin
n = Putaran generator
∅ = Fluksi
Sehingga dapat dilihat bahwa dengan besaran n yang berubah-ubah tiap waktunya, maka tegangan terminal yang keluar dari generator pun akan terus berubah.
Kecepatan putaran masukan turbin angin ini tentu sangat berpengaruh pada generator yang terpasang pada turbin. Hal ini menyebabkan pemilihan jenis generator sangat berdampak pada efisiensi kerja dan biaya dari pembuatan sebuah
turbin angin. Pada turbin angin dengan skala kecil atau beban rumah tangga (dibawah 450 Va) maka penggunaan generator induksi sangatlah efisien. Hal ini dikarenakan generator induksi yang digunakan pada turbin adalah motor induksi yang bekerja secara “terbalik” dimana pada mesin induksi akan diberikan putaran pada rotor yang melebihi putaran medan pada stator mesin induksi. Karena mesin induksi diproduksi secara massal dan tersedia dalam banyak spesifikasi maka mesin induksi memiliki harga yang murah. Selain itu, mesin induksi juga tidak membutuhkan sikat atau komutator, sehingga tidak ada suku cadang yang harus diganti secara berkala. Dengan demikian, tingkat kehandalan generator induksi ternilai cukup baik. Generator induksi merupakan generator yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam pengoperasiannya. Generator ini dapat bekerja pada putaran rendah serta tidak tetap kecepatannya, sehingga generator induksi umum digunakan pada pembangkit tenaga angin.
Kecepatan angin yang berubah-ubah akan menyebabkan tegangan yang dihasilkan terus berubah. Hubungan antara tegangan yang dihasilkan dengan kecepatan angin yang berubah-ubah dapat dilihat pada gambar 4.16 dan 4.17 berikut:
Gambar 4.16 Tegangan dan arus keluaran generator turbin angin dengan kecepatan angin berubah dari 3 ke 4 dan 4 ke 5 m/s
Gambar 4.17 Tegangan dan arus keluaran generator turbin angin dengan kecepatan angin berubah dari 5 ke 4 dan 4 ke 3 m/s
Sedangkan hubungan antara kecepatan angin dan tegangan yang dibangkitkan dapat dilihat pada gambar 4.18. Dimana pada gambar terlihat bahwa semakin tinggi kecepatan angin yang mengalir, maka tegangan yang dibangkitkan juga semakin tinggi. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan dimana pada kecepatan angin yang tinggi, maka daya yang dibangkitkan pun meningkat.
Gambar 4.18 Hubungan antara tegangan keluaran generator turbin angin dan kecepatan angin
Hal ini menyebabkan sangat diperlukannya penambahan pengendali tegangan pada turbin angin. Pengendali tegangan akan mengatur besarnya tegangan keluaran dengan memanfaatkan elektronika daya untuk mengubah
tegangan AC menjadi DC untuk kemudian dikembalikan menjadi tegangan DC yang sesuai dengan standar jaringan ataupun perangkat yang terhubung padanya.
Kecepatan angin yang berubah-ubah akan menyebabkan tegangan yang dibangkitkan oleh generator juga terus berubah. Hal ini menyebabkan, perlunya tambahan kontrol tegangan pada pembangkit turbin angin. Turbin-turbin angin akan dihubungkan pada ruang kendali dimana ruang kendali akan terdiri dari rectifier-inverter dan buck-boost converter.
Gambar 4.19 Kontrol tegangan pada sistem turbin angin
Rectifier yang berarti penyearah akan menyearahkan tegangan yang
dihasilkan generator turbin-turbin angin tersebut dari tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC).
Selanjutnya tegangan DC tersebut akan dialirkan menuju buck-boost
converter. Peralatan ini akan mengubah sumber tegangan DC tetap menjadi
tegangan DC yang bersifat variabel atau dapat disesuaikan dengan kebutuhan tegangan yang diperlukan. DC chopper akan meregulasi tegangan DC dengan metode pensaklaran untuk mengubah tegangan DC yang tidak teregulasi menjadi tegangan DC yang teregulasi. Regulasi ini dilakukan dengan pengaturan PWM (Pulse Width Modulation) pada frekuensi tertentu.
Prinsip kerja buck-boost converter dapat diklasifikasikan ke dalam prinsip kerja DC Chopper step up ataupun DC Chopper step down. Tegangan keluaran dari buck-boost converter dapat dibuat lebih besar atau lebih kecil dibanding tegangan masukannya dengan mengatur frekuensi dan durasi pensaklaran pada perangkat ini.
Selanjutnya, buck-boost converter akan dihubungkan dengan inverter. Inverter yang berarti pembalik akan merubah tegangan DC yang dihasilkan buck-boost converter menjadi kembali ke tegangan bolak-balik (AC). Hal ini tidak lain disebabkan kebutuhan rumah tangga yang menggunakan catu daya AC, maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan buck-boost