Pada peancangan ini, penulis berusaha merancang sebuah sistem atau perangkat yang dapat meningkatkan performa atau keterbatasan yang ada pada sepeda motor listrik. Sehingga dapat menarik minat masyarakat yang semula bergantung pada kendaraan pembakaran dalam dan beralih pada kendaraan listrik. Dan pada akhirnya dapat mengurangi emisi gas buang yang menyebabkan pemanasan global dan polusi udara. Adapun komponen-komponen yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Turbin Angin
Turbin angin merupakan komponen yang berfungsi untuk menangkap energi kinetik yang terkandung pada angin melalui sudu (blade) dengan prinsip-prinsip aerodinamika. Sudu (blade) pada turbin angin memiliki bentuk airfoil seperti bentuk sayap pada pesawat terbang. Yang mana saat angin membentur sudu (blade) pada turbin angin akan menimbulkan gaya angkat (lift) sehingga akan membuatnya berputar.
2. Bantalan
Bantalan memiliki fungsi untuk menahan atau menopang beban yang diterima dari suatu poros sehingga objek dapat berputar secara bebas dan aman. Untuk menentukan bantalan tersebut dapat dilihat dari diameter poros yang digunakan. Tak dapat dipungkiri bahwa bantalan tersebut yang mengakibatkan suatu turbin berputar dengan kecepatan tinggi, maka bantalan harus mendapatkan perawatan dengan memberi pelumas yang cukup agar terhindar dari temperature tinggi akibat gesekan pada bantalan yang berputar.
3. Gearbox
Gearbox merupakan sebuah komponen dengan fungsi utama memindahkan tenaga penggerak pada mesin yang ingin digerakkan.
Fungsi utama dari roda gigi ialah untuk menurunkan atau menaikkan putaran (rpm) dan daya dari poros input yang kemudian diteruskan ke
poros output dan roda gigi juga berfungsi untuk merubah arah putar.
Berikut jenis-jenis roda gigi yang sering digunakan adalah roda gigi lurus (spur gear), roda gigi miring (helical gear), roda gigi kerucut (bevel gear), dan roda gigi cacing (worm gear).
Gambar 2.20 Gearbox
Dalam perancangan roda gigi yang akan digunakan, daya yang ditransmisikan dan kecepatan putar harus diketahui terlebih dahulu.
Secara umum, rasio roda gigi merupakan ukuran langsung dari perbandingan kecepatan rotasi dari dua atau lebih roda gigi yang saling terhubung. Rasio roda gigi sangat dipengaruhi oleh diameter dan banyaknya jumlah gigi pada roda gigi itu sendiri. Apabila roda gigi penggerak lebih besar diameter dan lebih banyak jumlah giginya daripada roda gigi yang digerakkan, maka roda gigi yang digerakkan akan berputar lebih cepat dan begitu juga sebaliknya. Untuk mencari putaran (rpm) output pada gearbox dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
nout = (N1/N2) x nin (30)
Keterangan:
nout : Putaran output (rpm)
N1 : Jumlah gigi pada gear penggerak N2 : Jumlah gigi pada gear yang digerakkan nin : Putaran input (rpm)
Adapun untuk mencari torsi output pada gearbox dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
Tout = (N2/N1) x Tin (31)
Keterangan:
Tout : Torsi output (N.m)
N1 : Jumlah gigi pada gear penggerak (Drive)
N2 : Jumlah gigi pada gear yang digerakkan (Driven) Tin : Torsi input (N.m)
4. Generator
Secara sederhana generator merupakan alat yang dapat merubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan prinsip Gaya Gerak Listrik (GGL) yang mana beda potensial yang terjadi pada ujung-ujung kumparan karena pengaruh induksi elektromagnetik. Generator terbagi menjadi 2 bagian yaitu stator dan rotor. Yang mana stator merupakan bagian yang diam dan rotor adalah bagian yang bergerak.
Komponen utama dari generator yaitu magnet dan lilitan tembaga atau coil.
Gambar 2.21 Ilustrasi Prinsip Kerja Generator AC dan DC
Generator merupakan salah satu komponen yang harus ada dalam perancangan sistem pembangkit listik tenaga angin. Generator dapat merubah energi mekanik yang digerakkan oleh prime mover yaitu turbin angin menjadi energi listrik. Mengacu pada hukum yang
dikemukakan oleh Michael Faraday (1791-1867) seorang ilmuwan jenius asal inggris menyatakan bahwa:
1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.
Kedua penyataan Michael Faraday diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian.
Melalui proses induksi elektromagnetik, semakin cepat kumparan memotong garis-garis gaya magnet maka semakin besar kumparan membangkitkan gaya gerak listrik, tegangan yang dihasilkan berubah-ubah tergantung pada kecepatan putaran magnet (Alamsyah, 2007).
Terdapat beberapa variabel yang dapat mempengaruhi besaran daya output dari generator, diantaranya: Jumlah kutub, Jumlah jangkar/angker, Jumlah lilitan, diameter kawat, besar bedan magnet, dan kecepatan putar rotor. Untuk mencari jumlah lilitan yang dibutuhkan dapat digunakan persamaan berikut ini:
V = N/a . P . Ф . n/60 (32)
Dimana N = Jumlah angker x Jumlah lilitan x Penghubung (konduktor) lilitan yang dinyatakan 2, dan flux magnet (Ф) = B x A.
Keterangan:
n : Putaran rotor (rpm)
Dan untuk mencari hambatan total dari kawat yang digunakan pada generator dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
Rtotal = (ρ x L)/A (33)
Keterangan:
Rtotal : Hambatan total (Ω)
ρ : Hambatan jenis kawat (Ωm) L : Panjang kawat (m)
A : Luas penampang kawat (m2)
Sehingga kuat arus yang dihasilkan oleh generator dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
I = V/R (34)
Keterangan:
I : Kuat arus (Ampere)
V : Beda potensial/Tegangan (Volt) R : Hambatan (Ω)
Setelah mengetahui nilai dari tegangan, kuat arus, dan hambatan generator, langkah selanjutnya ialah mencari nilai dari daya output generator. Daya output generator merupakan nilai beda potensial dikalikan dengan kuat arus yang dihasilkan, sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini:
P = V.I (35)
Keterangan:
P : Daya (watt) V : Tegangan (Volt) I : Kuat arus (Ampere)
5. Charger Controller
Karena arus listrik yang dihasilkan oleh sistem turbin angin bervariasi atau tidak konstan, maka penggunaan controller menjadi sangat penting. Controller disini berfungsi dalam mengendalikan arus listrik yang dihasilkan generator menuju baterai agar selalu stabil sehingga tidak membuat baterai cepat rusak. Fungsi lain dari controller adalah mengubah arus AC yang dihasilkan generator menjadi arus DC, sehingga dapat disimpan pada baterai.
Gambar 2.22 Wind Charge Controller
Adapun konponen yang digunakan pada rangkaian controller adalah sebagai berikut:
Transformator
Transformator atau biasa disebut dengan trafo merupakan komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan atau menurunkan) tegangan listrik bolak-balik (AC).
Gambar 2.23 Transformator (Trafo)
Jika arus bolak-balik (AC) mengalir pada kumparan atau coil, maka akan menghasilkan medan magnet. Inilah yang disebut elektomagnetik, yang mana jika elektron yang bergerak terus-menerus dalam arus AC akan menghasilkan medan elektromagnetik. Dan medan elektromagnetik yang dihasilkan juga terus bergerak bolak-balik sesuai dengan aliran elektron yang membuatnya. Kemudian jika magnet bergerak dekat dengan coil atau kumparan, medan magnet yang dihasilkan magnet tersebut membuat elektron bebas pada coil ikut bergerak. Karena elektronnya bergerak maka menghasilkan listrik, ini disebut induksi elektromagnetik. Elektromagnetik dan induksi elektromagnetik inilah yang menjadi fungsi trafo.
Berdasarkan fungsinya trafo dibagi menjadi 2 yaitu : 1).
Trafo step down, dan 2). Trafo step up. Yang mana trafo step down berfungsi untuk menurunkan tegangan dan trafo step up berfungsi untuk menaikkan tegangan. Pada trafo terdapat 2 coil atau kumparan yaitu : 1). Primary/input, dan 2).
Secondary/output. Tegangan dan arus yang dihasilkan trafo tergantung dari spesifikasi tembaganya, jumlah lilitan, luas area penampangnya, dan bahan yang digunakan.
Dioda Bridge
Dioda merupakan komponen elektonika dua kutub yaitu : 1). Anoda (+), dan 2). Katoda (-). Dioda memperbolehkan arus mengalir ke satu arah dan memblokir arus dari arah sebaliknya.
Dioda berfungsi sebagai penyearah arus, sehingga dioda banyak ditemukan pada rangkaian power supply. Khususnya rangkaian yang merubah arus AC menjadi arus DC dengan rangkaian rectifier.
Gambar 2.24 Dioda Bridge
Sedangkan dioda bridge merupakan susunan dari empat buah dioda yang disusun dalam konfigurasi rangkaian jembatan (bridge) atau dalam bentuk segi empat dengan dioda di setiap sisinya, yang kemudian dikemas menjadi satu perangkat komponen yang berkaki empat. Yang mana dua kaki terminal digunakan sebagai input untuk arus listrik Acdan dua kaki terminal lainnya adalah terminal output positif (+) dan terminal output negatif (-).
6. Baterai
Baterai adalah suatu perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia yang mana energi listrik diubah menjadi energi kimia yang kemudian diubah kembali menjadi energi listrik saat diperlukan.
Secara singkat, baterai merupakan perangkat yang dapat menyimpan energi listrik. Jika energi listrik diubah menjadi energi kimia berarti baterai dalam proses pengisian (charge) dan jika energi kimia diubah menjadi energi listrik berarti baterai sedang dalam proses pengosongan (discharge). Sumber listrik yang digunakan pada baterai sebagai pembangkit daya (power) dalam bentuk arus searah (DC).
Gambar 2.25 Proses Pengisian Dan Pengosongan Pada Baterai
Baterai dapat diklasifikasikan menjadi 2 yaitu : 1). Baterai primer, dan 2). Baterai sekunder. Yang mana baterai primer hanya dapat digunakan satu kali, (tidak dapat diisi ulang), hal ini dikarenakan baterai primer menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction). Sedangkan pada baterai sekunder dapat digunakan berkali-kali (dapat diisi ulang) dengan mengisi muatannya karena reaksi kimianya bisa dibalik (reversible reaction).
Baterai yang digunakan pada sepeda motor listrik merupakan baterai yang dapat diisi ulang (rechargable battery) yaitu baterai ion lithium atau biasa disebut Baterai Li-Ion (LIB). Pada baterai ini, ion lithium bergerak dari elektrode negatif ke elektrode positif saat baterai mengalami discharge (proses pengosongan) dan kembali saat baterai mengalami charge (pengisian ulang).
Baterai Li-Ion (LIB) mempunyai beberapa jenis dengan karakteristik kimiawi, kinerja, biaya, dan faktor keselamatan yang berbeda-beda. Berikut jenis-jenis baterai li-ion yaitu : 1). Lithium Cobalt Oksida (LCO), 2). Lithium Besi Fosfat (LFP), 3). Lithium Mangan Oksida (LMO), dan 4). Lithium Nikel Mangan Cobalt Oksida (NMC).