DAFTAR PUSTAKA
[1] Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit energi listrik. Jakarta: Erlangga
[2] Kadir, Abdul.1996. Pembangkit tenaga listrik. UI: UI press
[3] Vani, Nitin & Vikas Khare. 2013. Rural electrivication system based on hybrid energy system model optimization using homer. Canadian:
departemen of electrical and electronic engineering VITS MITM
[4] Chauhan, Anurag & Saini. 2015. Renewable energy based off-grid rural electrification in uttrachand state of india: Technology options, modelling method, barriers and recommendations. India: india institute of technology roorke.
[5] Shahinzadeh, Hossein, Gevork B. Gharehpetian, S. Hamid Fathi &Sayed
Mohsen Nasr-Azadani. 2015. Optimal Planning of an Off-grid Electricity Generation with Renewable Energy Resources using the HOMER Software. Tehran: Department of Electrical Engineeing, Amirkabir University of
Technology.
[6] Kunaifi. 2010. Program homer untuk studi kelayakan pembangkit listrik hibrida di profinsi riau. Riau: universitas islam riau
[7] Nugroho, Dedi & Syarifuddin mahmudsyah, hery suryotmojo.2013.
Optimasi pembangkit listrik tenaga bayu dan diesel menggunakan software homer. ITS
[8] Yudha, Sean.2013. Analisa pembangkit listrik hibrida diesel dan energi terbarukan di pulau mandangin. Universitas brawijaya
[9] Permana, Ditto Adi.2013. Studi analisis pembangkit listrikhibrid di pulau karimunjawa. Universitas brawijaya
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian akan dilaksanakan di desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan
Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara. Penelitian
akan dilaksanakan setelah seminar proposal telah disetujui. Lama penelitian
direncanakan selama 1 (satu) bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan
Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini
adalah data kondisi lingkungan desa, penduduk desa, latar belakang desa, jumlah
penduduk, jumlah perumahan, jumlah fasilitas umum, kondisi radiasi matahari,
kondisi angin. Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah software
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian, dilakukan pengambilan data yang
dibutuhkan terlebih dahulu. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan
disimulasikan menggunakan software HOMER 2.81 untuk mendapatkan
pembangkit hibrid paling optimum. Data yang diterima dari hasil simulasi tersebut
kemudian dilakukan analisa terhadapnya.
3.4 Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:
- Net present cost
- Total biaya yang dibutuhkan
- Emisi yang dihasilkanya
- Perbandingan daya output
3.5 Prosedur Penelitian
Berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengolahan
Mulai
1. Survei lapangan mencari data desa
Dalam hal ini saya langsung terjun menuju desa Si Onom Hudon 7 untuk
melihat keadaaan lingkungan, keadaaan penduduk, potensi pembangkit,
mata pencaharian, perumahan, intensitas radiasi matahari. Hal ini langsung
dikerjakan melalui kepala desa setempat. Meminta data penduduk dari
kepala dasa, melakukan wawancara dengan kepala desa dan penduduk
setempat.
2. Pembuatan daftar beban listrik
Melalui survei desa diperoleh jumlah penduduk, jumlah fasilitas umum.
Maka diperoleh beban listrik desa Si Onom Hudon 7, maka dibuat rencana
pembangunan pembangkit hibrid dengan kapasitas sesuai kebutuhan
penduduk setempat.
3. Pembuatan profil beban listrik
Dilakukan perhitungan jumlah seluruh beban beban listrik. Mulai dari
perumahan, fasilitas umum jalan dll. Kebutuhan daya desa dilayani oleh
pembangkit hibrid.
4. Masukkan data beban harian
Jika data beban telah diperoleh maka dibuat periode beban listrik, dibuat
peramalan beban baik untuk harian maupun bulanan. profil beban
dimasukkan ke software HOMER untuk dilakukan perhitungan.
5. Masukkan sumber daya energi surya, angin, dan diesel
Dengan diperolehnya data beban, dan periode beban maka kombinasi
pembangkit angin, surya, dan diesel dapat dibuat sesuai kebutuhan.
Syarat yang dimaksut adalah profil beban listrik apakah sudah tercapai oleh
pembangkit hibrid yang direncanakan.
7. Sensitivitas
Dengan pembangkit hibrid yang dibangun tentu kita memikirkan masalah
ekonomis. Jika secara ekonomi pembangkit yang dibangun dapat bertahan
dari gejolak ekonomi maka sensitivitas memenuhi maka tambahkan
variabel sensitivitas ke software HOMER. Jika analisis sensitivitasnya tidak
memenuhi maka kembali lakukan perhitungan biaya untuk meminimalisir
kebutuhan biaya tetap dan biaya variabel. Setelah sensitivitas memenuhi
maka lakukan perhitungan maka diperoleh biaya minimum.
8. Biaya minimum
Dengan kombinasi ke tiga pembangkit maka tentu dibutuhkan biaya untuk
pengadaan pembangkit. Diharapkan kita tidak hanya dapat menerangi desa
tetapi secara ekonomi kita memperoleh keuntungan. Dengan software
homer dlakukan perhitungan biaya. Maka jika sistem efektif pembangkit
hibrid dapat dibangun. Jika biaya minimum diperoleh sistem dinyatakan
efektif, tetapi jika biaya minimum tidak diperoleh kembali analisis
persyaratan operasi. Jika sistem telah efektif maka pembangkit hibrid dapat
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Informasi Umum Desa Si Onom Hudon 7
Lokasi : 020 19’ 17,39’’ N 980 27’ 23,13 E
Adapun lokasi desa Si Onom Hudon 7 deperoleh melalui survei langsung
ke tempat dan melihat lokasi dengan bantuan google earth. Untuk data jumlah
penduduk diperoleh dari Kepala Desa setempat dengan jumlah 133 kepala keluarga.
Jumlah rumah ibadah ada empat, puskesmas satu, kantor kepala desa satu dan
memiliki dua gedung sekolah dasar.
4.2 Analisi Beban Listrik Desa Si Onom Hudon 7
Jika jumlah KK di desa Si Onom hudon 7 berjumlah 133 KK, setiap KK
dipatok dengan 200 Watt maka untuk jumlah seluruh KK dibutuhkan total listrik
sebesar 26.600 Watt. Kebutuhan listrik sekolah diperkirakan 300 Watt maka jika
jumlah sekolah ada 2 jumlah total beban listrik untuk sekolah sebesar 600 Watt.
jumlah total kebutuhan listrik tempat ibadah adalah 1200 Watt. Kebutuhan listrik
puskesma diperkirakan sebesar 300 Watt dengan jumlah puskesmas sebanyak 1.
Kebutuhan listrik kantor pengurus desa sebasar 300 Watt. Untuk penerangan umum
(untuk penerangan jalan) diperkirakan membutuhkan 500 Watt. Dapat dilihat
seperti tabel 4.1.
Tabel 4.1 Perkiraan beban listrik desa Si Onom Hudon 7
No Nama beban jlh unit kapasitas(W) JLh beban (Watt)
Jika jumlah keseluruhan beban diakumulasikan maka total beban desa Si
Onom Hudon 7 diperkirakan sebesar 29.500 Watt setara dengan 29,5 kW.
Diprediksi desa Si Onom Hudon 7 akan terus berkembang dengan jumlah beban
akan semakin meningkat maka kita merancang pembangkit hibrid diperkirakan
akan mampu menjawab kebutuhan listrik beberapa tahun ke depan.
diperkirakan beban rumah tangga, penerangan umum seluruhnya menyala. Untuk
beban terendah diperkirakan terjadi pada pukul 07.00-15.00 diperkirakan semua
beban rumah tangga padam yang menyala hanya beban sekolah dan puskesmas.
Dalam peramalan beban ini juga tidak membedakan hari libur atau hari kerja karena
desa seperti Si Onom Hudon 7 tidak memiliki banyak perubahan dalam hal
perbedaan hari terhadap kebutuhan beban.
Gambar 4.1 Grafik perkiraan peramalan beban desa Si Onom Hudon 7
4.3 Perancangan dan Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid
4.3.1 Sistem Diesel Tunggal
Gambar 4.2 Sistem genset tunggal
Pada sistem diesel tunggal mesin genset menjadi satu-satunya sumber untuk
melayani keseluruhan beban. Dalam kondisi dan waktu beban bagaimanapun
genset tetap hanya sendiri melayani kebutuhan akan energi listrik.
Mesin diesel yang digunakan adalah jenis genset lovol 32 kW prime power
type 1004G, dengan harga sebesar $ US 8590 (Rp 116,952,850.00).
Berdasarkan gambar 4.2 kita dapat melihat beban listrik 27 kW peak 202
kWh/d dilayani oleh genset tunggal dengan kapasitas sebesar 32 kW. Beban listrik
bersifat AC sehingga tidak perlu menggunakan konverter ataupun baterai, genset
secara langsung melayani beban. Supaya dapat beroperasi genset menggunakan
bahan bakar dengan harga $ US 0,510/liter. Untuk melihat sensitivitas sistem
terhadap kenaikan BBM, maka dibuat percobaan dengan bahan bakar seharga $ US
Gambar 4.3 Tampilan harga bahan bakar pada HOMER
Gambar 4.4 Tampilan indeks bunga dan project lifetime pada HOMER
Mesin diesel yang digunakan adalah jenis genset lovol 32 kW prime power type
1004G, dengan harga sebesar $ US 8590 dengan raplacement $ US 859 seperti
pada gambar 4.5 di bawah.
Adapun optimasi dengan menggunakan sistem diesel tunggal dapat dilihat seperti
pada tabel 4.3 .
Tabel 4.3 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel tunggal
Tabel 4.4 Analisis sensitivitas sistem pembangkit genset tunggal
Gambar 4.6 Total NPC paling optimum sistem pembangkit tunggal
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat jika genset tunggal 32 kW dioperasikan
untuk melayani beban di desa Si Onom Hudon 7 maka dibutuhkan initial capital
sebesar $ US 8.590 dengan operating cost 26.034 $ US/thn, total NPC sebesar $
US 341.390, COE sebesar 0.362 $ US/kWh, jumlah BBM 50.068 L. Jika terjadi
kenaikan BBM menjadi $ US 0,518 maka NPC paling optimal adalah $ US
346.212. Sedangkan jika kenaikan BBM mencapai $ US 0,624 maka NPC nya
mencapai $ US 414.056.
Gambar 4.7 Sistem hibrid diesel-surya
HOMER memiliki fitur yang membuat pengguna dapat mencari data yang
diperlukan untuk analisis sistem. Homer terhubung langsung dengan situs resmi
NASA (National Aeronautics and Space Administration). Data surface
meteorology and solar energy (SMSE) diperoleh dari NASA. Database NASA
SMSE berasal dari parameter meteorologi dan energi matahari yang dicatat selama
25 tahun oleh lebih dari 200 satelit.
Gambar 4.8 Rata-rata radiasi matahari bulanan pada permukaan horizontal di desa Si Onom Hudon 7
Dari tabel 4.6 dan gambar 4.8 dapat kita lihat bahwa desa Si onom Hudon 7
memiliki radiasi matahari yang cukup berpotensi untuk mengoptimalkan solar cell
dalam menghasilkan energi listrik
Tabel 4.7 Perkiraan Biaya PLTS
N
o Nama
Jumla h
Harga ($
size=1470 x 680 x 35mm
2 Biaya Pengiriman
Rp 10,000,000.00
3
Biaya instalasi dan setting
PLTS
Biaya pengiriman alat-alat
penyangga dan rak
Genset yang digunakan adalah genset yang memiliki spesifikasi yang sama
dengan genset yang dijelaskan pada bagian perancangan genset tunggal di atas yaitu
genset 32 kW. PV yang digunanakan adalah jenis monocristaline silicone
1470*680*35 mm, dengan kapasitas total 10 kW dengan biaya pengadaanya
sebesar $ US 12.222. Spesifikasi masukan modul surya dapat dilihat pada gambar
Gambar 4.9 Spesifikasi modul surya pada HOMER
Spesifikasi genset yang digunakan pada sistem diesel-surya ini sama dengan
spesifikasi sistem genset tunggal. Tegangan output yang dihasilkan oleh energi
terbarukan dalam hal ini adalah tegangan DC, dibutuhkan baterai untuk menyimpan
daya yang dihasilkan kapasitas baterai dihitung sebagai berikut.
Ah = ��� � � ,9
Ah = ,9
Ah = �ℎ = �ℎ
Baterai yang digunakan ada 2 set jenis Hoppecke 10 OpzS 600 yang masing-masing
Gambar 4.10 Spesifikasi baterai yang digunakan pada HOMER dalam sistem diesel-surya
Jika energi yang tersimpan dalam baterai digunakan melayani beban harus
menggunakan konverter. Adapun kapasitas konverter adalah 30 kW. Spesifikasi
Gambar 4.11 Spesifikasi konverter yang digunakan diesel-surya pada HOMER
Maka diperoleh hasil optimal sbb:
Tabel 4.8 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S10)
Tabel 4.10 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+S10)
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jika sistem hibrid diesel 32 kW dan
surya 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka
hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 290.070 dengan capital
cost sebesar $ US 27.179.
Pada spesifikasi yang sama untuk diesel dan dengan menambah jumlah PV
menjadi 20 kW. Maka diperoleh data optimasi sebagi berikut:
Tabel 4.11 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S20)
Gambar 4.14 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya (D32+S20)
Gambar 4.15 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S20)
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan
surya 20 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka
hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 281.439 dengan capital
cost sebesar $ US 35.401.
4.3.3 Sistem Hibrid Diesel-Angin
Pada sistem ini beban listrik dilayani oleh diesel 32 kW dan turbin angin.
Untuk menyimpan energi dari turbin angin digunakan baterai dengan spesifikasi
yang sama dengan sistem yang lain yang telah dibahas. Juga dibutuhkan konverter
untuk menyearahkan sisa daya keluaran genset dan juga untuk mengubah tegangan
DC baterai menjadi AC jika ingin digunakan melayani beban.
Gambar 4.17 Spesifikasi turbin angin pada HOMER
Pada gambar 4.17 dapat kita lihat tampilan spesifikasi turbin angin pada homer ,
dengan jumlah turbin angin sebanya 10 masing-masing 1 kW dengan capital cost $
US 15.415 dan dengan replacement $ US 1.545.
Tabel 4.15 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+A10)
Gambar 4.19 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin (D32+A10)
Tabel 4.16 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A10)
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan
turbin angin 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon
7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 296.425 dengan
capital cost sebesar $ US 26.372.
Untuk melihat kondisi paling optimum kita juga mencoba untuk sistem mesin diesel
dan turbin angin dengankapasitas turbin angin 20 kW dengan jumlah 20 turbin.
Gambar 4.20 Spesifikasi turbin angin pada HOMER
Kita memperoleh kondisi paling optimum dari sistem diesel dan angin seperti
pada tabel 4.17.
Tabel 4.17 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-angin (D32+A20)
Tabel 4.19 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A20)
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan
angin 20 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka
hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 287.257 dengan capital
cost sebesar $ US 41.787.
Gambar 4.23 Sistem hibrid diesel-surya-angin
Beban yang akan dilayani adalah AC. Tegangan keluaran genset adalah AC
sehingga bisa langsung melayani beban tanpa melalui konverter. Pada saat baterai
kosong (tidak cukup melayani beban) genset melayani beban supaya tidak terjadi
pemborosan sisa daya genset dimana daya genset lebih besar dari beban, maka daya
sisa genset disimpan ke dalam baterai. Melalui konverter keluaran diesel
disearahkan menjadi DC sehingga dapat disimpan dalam baterai. Keluaran daya
energi terbarukan (angin dan surya) adalah DC disimpan dalam baterai. Ketika
baterai penuh, maka genset dimatikan. Baterai menyuplai beban melalui konverter
tegangan DC diubah menjadi AC untuk melayani beban AC.
Gambar 4.24 Kecepatan angin rata-rata tahunan di desa Si Onom Hudon 7
Tabel 4.21 Perkiraan Biaya PLTAngin
No Biaya awal investasi Biaya (Rp) Biaya ($ US) 1 Turbin angin (Bergey XL.1
1KW wind turbin sebanyak 10 turbin)
Rp
135,877,700.00
2 Menara Rp
Spesifikasi genset, PV, baterai dan inverter yang digunakan dalam sistem
diesel,surya dan angin ini memiliki sfesifikasi yang sama dengan sistem yang lain.
Generator angin yang digunakan adalah jenis Turbin angin Bergey XL.1 1KW
wind turbin sebanyak 10 turbin, dengan harga $ US 15415. Spesifikasi dapat
dilihat pada gambar 4.16
Hasil optimal:
Tabel 4.22 Kondisi optimal sistem pembangkit
diesel-surya-angin(D32+A10+S10)
Gambar 4.27 Diagram perbandingan suplai daya genset, turbin angin dan PV
Tabel 4.24 Analisis emisi sistem diesel-surya-angin
Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW, surya
10 kW dan turbin angin 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si
Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US
4.4 Analisis Parameter
4.4.1 Net Present Cost/biaya siklus hidup(NPC)
Berdasarkan analisis net present cost sistem yang paling optimal adalah
sistem hibrid dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan
10 kW PV dengan nilai NPC sebesar $ US 274.222. Parameter net present cost
adalah parameter utama untuk meihat kondisi paling optimum dari suatu
pembangkit hibrid.
Gambar 4.28 Perbandingan Net Present Cost (NPC)
4.4.2 Biaya investasi/Capital cost
Berdasarkan analisis capital cost sistem yang paling optimal adalah sistem
mesin diesel tunggal dengan capital cost sebesar $ US 8.590.
Gambar 4.29 Perbandingan Capital Cost
4.4.3 Konsumsi bahan bakar/Fuel Consumtion
Berdasarkan parameter fuel consumtion maka sistem yang paling optimum
adalah sistem hibrid dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin
angin 1 kW dan 10 kW PV dengan nilai fuel consumtion sebesar 33.158 Liter bahan
bakar,
Tabel 4.27 Perbandingan Fuel Consumtion Diesel (kW) Surya (kW)Angin (kW)
Capital Cost ($ US) Capital Cost (Rp)
-Gambar 4.30 Perbandingan Fuel Consumtuion
4.4.4 Biaya energy/ Cost of Energy (COE)
Berdasarkan nilai COE (Cost of Energy) hasil paling optimum adalah sistem
hibrid dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan
10 kW PV dengan nilai COE sebesar $ US 0,29/kWh.
Tabel 4.28 Perbandingan COE Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)
Gambar 4.31 Perbandingan COE
4.4.5 Emisi gas karbon
Berdasarkan parameter emisi gas karbon maka pembangkit paling optimal
adalah sistem dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1
kW dan 10 kW PV dengan emisi 87.532 kg/tahun.
Tabel 4.29 perbandingan emisi gas karbon/carbon emission Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)
32 0 0 0.36
Gambar 4.32 Perbandingan emisi gas karbon
Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian diperoleh kesimplan sebagai berikut:
1. Masalah kelistrikan di Desa Si Onom Hudon 7 dengan beban puncak diprediksi
sebesar 20 kW dapat diatasi dengan membangun pembangkit listrik hibrid yang
terdiri dari pembangkit diesel, surya dan angin.
2. Pembangkit paling optimal didirikan di desa Si onom Hudon 7 adalah pembangkit
hibrid dengan 32 kW mesin diesel, 10 kW PV surya, 10 kW turbin angin, konverter
30 kW, baterai 1200 Ah dengan total NPC sebesar $ US 274.222.
3. Semakin besar kapasitas energi terbarukan dalam suatu pembangkit maka
pembangkit hibrid tersebut akan semakin optimal dengan nilai net present cost yang
lebih kecil.
5.2 Saran
1. Untuk menghitung kapasitas kecepatan angin dan intensitas radiasi matahari dapat
dilakukan melalui pengukuran langsung di tempat dan dibandingkan dengan hasil
yang dicatat oleh NASA sehingga hasilnya lebih presisi.
2. Untuk peneliti selanjutnya dapat menganalisis pada daerah lain dengan melihat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Pembangkit Listrik Hibrid
Pembangkit listrik hibrid adalah pembangkit yang membangkitkan listrik di
mana digunakan lebih dari satu macam pembangkit. Misalnya listrik tenaga surya
(photovoltaic, PV) dipadu dengan genset, maka disebut hibrid PV-genset. Sistem
hibrid yang pernah diterapkan di Indonesia adalah: hibrid Genset, hibrid
PV-mikrohidro, hibrid PV-bayu (angin), dan bahkan hibrid PV-bayu-genset. Tetapi
yang agak berbeda adalah kombinasi ini menggabungkan sumber energi yang dapat
diperbaharui (renewable) dengan yang tidak dapat diperbaharui (unrenewable).
Renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari,
angin, surya dan lain-lain yang dikombinasikan sehingga menjadi suatu pembangkit
yang lebih efisien, efektif dan handal. Untuk dapat mensuplai kebutuhan energi
listrik, baik sebagai penerangan rumah atau kebutuhan peralatan listrik yang lain
seperti TV, pompa air, setrika listrik, serta kebutuhan industri kecil di daerah
tersebut. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut,
diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi
yang paling optimal.
Adapun manfaat pembangkit listrik hibrid adalah:
4. Meningkatkan waktu layanan listrik secara ekonomis.
Suatu sistem pembangkit hibrid biasanya dibangun dari:
1. Inverter dengan rating daya kontinyu 60% dari daya beban.
2. Satu atau dua mesin dan generator diesel yang biasanya memiliki kapasitas
sama hingga 1,5 kali rating daya inverter dan dilengkapi sistem kontrol
otomatis.
3. Sistem penyimpanan yang biasnya berupa bank baterai leadacid dengan
kapasitas penyimpanan minimum tertentu.
4. Sistem pembangkit energi terbarukan seperti photovoltaic dilengkapi
regulator.
5. Sistem kontrol berbasis mikroprosesor untuk keperluan monitoring dan
otomasi managemen sistem.
Berbagai komponen sistem pembangkit hibrid tersebut dirangkai dalam
beberapa konfigurasi yaitu:
1. Series hybrid system
2. Switched hybrid system
3. Parallel hybrid system
Pada penelitian ini digunakan konfigurasi parallel hybrid system seperti
Gambar 2.1. Pada parallel hybrid system, generator diesel, turbin angin, surya dan
bank baterai bersama-sama secara paralel menyuplai beban. Parallel hybrid system
menggunakan inverter dua arah (bi-directional) yang dapat berfungsi sebagai
inverter (mengubah daya dc menjadi ac) dan sebagai charger dan regulator
baterai, maka beban disuplai oleh baterai melalui bi-directional inverter (yang
berfungsi sebagai inverter) sedangkan generator diesel dipadamkan. Pada saat daya
beban melebihi daya baterai namun lebih kecil dari daya generator diesel, generator
diesel dinyalakan untuk mensuplai beban dan mengisi baterai dengan kelebihan
dayanya. Pada saat ini bi-directional inverter berfungsi sebagai regulator dan
charger. Pada saat daya beban lebih tinggi dari daya generator diesel, generator
diesel tetap menyuplai beban sedangkan bi-directional inverter kembali berfungsi
menjadi inverter lalu bersama-sama secara paralel menyuplai beban.
Konfigurasi parallel hybrid system memiliki beberapa keuntungan antara
lain :
1) beban dapat dipenuhi secara optimal.
2) Efisiensi generator diesel tinggi sehingga mengurangi biaya perawatan.
3) Ukuran generator diesel dan komponen lain dapat diminimalisir sehingga
mengurangi biaya investasi.
Jika suatu sistem pembangkit hibrid dengan konfigurasi parallel hybrid
system dilengkapi dengan pembangkit listrik energi terbarukan (Gambar 2.1),
kehandalan dan efisiensi sistem akan meningkat, dan ukuran generator-generator
makin kecil. Hal ini dimungkinkan karena generator diesel berubah fungsi menjadi
back-up, sedangkan suplai utama berasal dari pembangkit energi terbarukan dan
Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system
Gambar 2.2 Parallel hybrid system dengan photovoltaic
Alasan teknis dimanfaatkannya sistem hibrid adalah sebagai berikut :
saling melengkapi keunggulan dan kelemahan masing-masing pembangkit,
misalnya untuk hybrid PV-mikrohydro, pada musim penghujan air banyak tetapi
pembangkit: pada hybrid PV-genset, genset untuk memenuhi kebutuhan pada saat
"peak load" , sedangkan pada saat "base load" genset dimatikan dan PLTS mencatu
listrik ke jaringan, dengan demikian masing-masing pembangkit dapat beroperasi
pada kapasitas optimalnya. Mengurangi ketergantungan pada suplai BBM.
Pada hybrid PV-genset pemakaian genset dapat dikurangi sampai
dengan 75%, tanpa mengganggu suplai kebutuhan listrik, sehingga ketergantungan
suplai BBM untuk genset dapat dikurangi. Meningkatkan keandalan (reliability)
dan kualitas suplai listrik. Grid connected dapat meningkatkan keandalan dan
kualitas suplai listrik karena listrik yang disuplai lebih stabil dan dapat diseting agar
memiliki fungsi back up. Alasan ekonomisnya adalah meningkatkan efisiensi
sistem pembangkit hibrid PV-genset mengurangi biaya operasional sistem, karena
pada saat "base load" dimana kebutuhan listrik konsumen jauh dibawah kapasitas
genset, maka genset dapat dimatikan dan PLTS menggantikan, sehingga genset
tidak dibiarkan beroperasi pada kapasitas di bawah kapasitas optimum.
Meningkatkan keandalan (reliability) dan pelayanan secara ekonomis.
Listrik pedesaan yang beroperasi 6-12 jam per hari dapat ditingkatkan
menjadi beroperasi penuh 24 jam/hari secara ekonomis. Apabila peningkatan
dilakukan dengan menggunakan genset saja maka investasi yang dibutuhkan kecil
tetapi biaya operasi akan meningkat karena pada saat "base load" genset terus
beroperasi, ketergantungan terhadap suplai BBM juga semakin tinggi (di
pedesaan/pulau terpencil sulit diharapkan kepastian suplai BBM). Apabila
menghindari penambahan investasi awal yang terlalu besar, menghindari biaya
operasi yang besar, dan mengurangi ketergantungan terhadap suplai BBM.
2.2 Energi Terbarukan (Renewable Energy)
Energi terbarukan adalah energi yang tersedia di alam dan dapat di
gunakan secara berkelanjutan dalam jangka panjang dengan persedian yang sangat
melimpah ataupun tidak habis-habis. Berikut adalah jenis-jenis dari energi
terbarukan (renewable energy) :
a. Biomassa
b. Energi Surya
c. Energi Angin
d. Energi Air (Hydro)
e. Energi Pasang Surut (Tidal)
f. Energi Panas Bumi (Geo-Thermal)
g. Fotosintetis
Energi terbarukan tentunya memiliki keunggulan dan kelemahan tertentu, seperti
halnya energi konvensional. Berikut akan kita lihat apa saja keunggulan dan
kelemahannya. Adapun keunggulan dari energi terbarukan adalah:
a. Ramah lingkungan
Energi terbarukan menghasilkan emisi gas yang sangat sedikit bahkan tidak
ada sehingga terjamin aman bagi lingkungan jika dipergunakan dengan
bijak. Tidak seperti energi fosil yang menghasilkan kadar CO dan CO2
Energi terbarukan tersedia di alam dengan melimpah tanpa harus
membayarnya kita hanya mengoperasikannya.
c. Pasokan melimpah
Ketersediaannya sangat banyak di alam bahkan tidak pernah habis jika
dipergunakan dengan bijak dan terkendali.
d. Mengurangi ketergantungan pada impor minyak
Minyak masih merupakan energi yang paling banyak digunakan untuk
memenuhi kebutuhan energi nasional. Untuk memenuhi kebutuhan energi
kita mengimpor dari luar negeri dengan harga mahal. Dengan
mengoptimalkan energi terbarukan dapat mengurangi bahkan tidak lagi
impor minyak dari luar negeri.
Energi terbarukan juga memiliki kelemahan diantaranya adalah:
a. Biaya instalasi awal tinggi
b. Penyimpanan dan transportasi
Gambar 2.3 Kondisi pencahayaan di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7
Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit yang memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah photovoltaic yang disebut secara umum modul/panel solar cell. Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif di dalam sel modul tersebut karena perbedaan elektron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung
dimanfatkan untuk mengisi
battery/aki sesuai tegangan dan arus yang diperlukan. Rata-rata produk modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan arus antara 0.5 s/d 7 Ampere. Secara umum ada dua pembangkit tenaga surya untuk menghasilkan energi listrik yaitu :
Dalam pembangkit ini energi cahaya matahari akan digunakan untuk
memanasi suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air.
Air panas akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin,
sehingga dapat menghasilkan energi listrik.
2. Pembangkit surya photovoltaic (PV)
Pembangkit jenis ini memanfaatkan sel surya (solar cell) untuk
mengkonversi radiasi cahaya menjadi energi listrik secara langsung.
Dalam sistem yang akan dirancang sistem pembangkit adalah
menggunakan sistem PV. Energi sel surya (solar sel) adalah sumber energi yang
dihasilkan oleh cahaya matahari yang di pancarkan ke bumi dan di dalam cahaya
matahari tersebut terkandung foton yang nantinya dapat di konversi menjadi energi
listrik. Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari hanya 69% dari total energi
pancaran matahari diterima oleh permukaan bumi. Suplai energi dari sinar matahari
yang diterima oleh permukaan bumi mencapai 3 x 1024 joule per tahun (setara
dengan 2 x 1017 Watt). Jumlah energi sebesar ini setara dengan 10.000 kali
konsumsi energi di seluruh dunia saat ini.
Menutup 0,1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang
memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh
dunia saat ini. Indonesia berpotensi untuk menjadikan solar sel sebagai salah satu
sumber energi masa depannya mengingat posisi Indonesia pada daerah
khatulistiwa.
900 hingga 1000 Watt. Total intensitas penyinaran per harinya di Indonesia
mencapai 4500 watt hour/m2 yang membuat Indonesia tergolong kaya sumber
energi matahari ini. Bentuk solar sel dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Solar Sel
Photovoltaic merupakan proses perubahan cahaya menjadi energi listrik (photos:
cahaya dan volta nama fisikawan italia yang menemukan tegangan listrik). Sistem
pembangkit tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.5.
Teknologi photovoltaic merupakan suatu teknologi konversi yang
mengubah cahaya (photo) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion).
Peristiwa ini dikenal sebagai efek foto listrik (photo electric effect). Di
dalam proses konversi cahaya listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga
produk teknologi photovoltaic memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun).
Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperature sel tetap
Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya
Setiap kenaikan temperature sel surya 1ºC (dari 25º) akan berkurang sekitar
0.4% pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah hingga separuhnya
untuk setiap kenaikan temperature sel 10ºC. Kecepatan angin di sekitar lokasi panel
photovoltaic dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur permukaan sel
photovoltaic sehingga menaikkan efisiensi operasinya. Untuk dapat memperoleh
sejumlah tegangan atau arus yang dikehendaki, maka umumnya masing-masing sel
surya dihubungkan satu sama lain baik secara hubungan seri ataupun secara paralel,
sehingga membentuk suatu rangkaian photovoltaic yang disebut modul. Sebuah
modul photovoltaic umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel.
Beberapa modul photovoltaic dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian
tertentu disebut photovoltaic panel, sedangkan jika berderet-deret modul
photovoltaic dihubungkan secara baris dan kolom yang disebut sebagai
photovoltaic array ditentukan oleh keseimbangan antara daya yang dihasilkan dan
daya yang disuplai ke beban serta intensitas solar energi dengan menggunakan
rumus:
PPV = (dl/Htd).(A/K)...[1]
dimana:
PPV : kapasitas photovoltaik(Wp)
dl : energi beban rata-rata(Kwh/d)
A : radiasi standar(1000 Watt/m2)
Htd : insolasi design(Kw/m2-a)
K : faktor kerugian
Prinsip Kerja Panel Surya
Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini
dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa
semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas duajenis semikonduktor yakni
jenis n dan jenis p.
Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan
elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan
semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p =
positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain
ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut,
Gambar 2.6 Struktur semikonduktor
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk
meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan
panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan
semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.
Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas
dari sebuah semikoduktor.
Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si).
Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B),
aluminum (Al), gallium (Ga) atau indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan
ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan
menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini,
tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak
mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut
dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1% dibandingkan dengan berat Si
yang hendak di-doping.
1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.
Gambar 2.7 semikondukter jenis p dan jenis n
2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan
perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.
Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari
batas sambungan awal.
3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p
yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.
Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.
Pada saat yang sama hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang
ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini
berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
Gambar 2.9 Daerah deplesi
4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion
region) ditandai dengan huruf W.
5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan
pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena
keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.
6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi,
maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke
sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan
elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan
Gambar 2. 10 Medan listrik E di daerah deplesi
7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik
setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari
semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik
kembali ke arah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan
jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi
dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan
medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron
dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang
lain.
Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik
terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas
sambungan p yang menghadap ke arah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh
lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke
permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan
Gambar 2.11 Cahaya matahari mengenai semikonduktor
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka
elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini
meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut
dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni,
Gambar 2.12 Photogenerasi pada semikonduktor
Cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat
fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda
pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang
lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di
semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana.
Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap
di daerah semikonduktor n.
Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E,
elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan
hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka
elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke
Gambar 2.13 Aliran elektron panel surya saat melayani beban
2.4 Pembangkit Tenaga Diesel
Sejak lama di desa ini pemerintah sudah mencoba menyelesaikan masalah
kelistrikan dengan menggunakan mesin diesel. Banyak penduduk yang membeli
mesin diesel secara pribadi tetapi tidak maksimal penggunaanya karena
maintanance yang tidak baik. Ketika terjadi kerusakan tidak ada engineer yang
handal dalam maintanence, sehingga tidak handal pengoperasianya selama ini.
Gambar 2.14 Mesin diesel dengan kapasitas 12 KVA di Desa Si Onom Hudon 7
Pusat listrik tenaga diesel (PLTD) sesuai untuk diimplementasikan pada
lokasi dimana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak
sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban dasarnya adalah
seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil, serta
dapat berfungsi dalam waktu yang singkat. Kegunaan utama PLTD adalah penyedia
daya listrik yang dapat berfungsi untuk pusat pembangkit, cadangan (stand by
plant), beban puncak dan cadangan untuk keadaan darurat. Komponen pembangkit
tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.9.
Komponen-komponen mesin diesel adalah:
1. Fuel Tank
2. Fuel oil separator
3. Daily tank
4. Fuel oil booster
6. Turbo charger : menaikkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan
bakar dan menaikkan tekanan serta temperaturnya
7. Air intake filter : Perangkat untuk mengalirkan udara
8. Exhaust gas silincer: Peredam dari sisa gas yang digunakan
9. Generator : Menghasilkan energi listrik
10. Pengubah utama : Alat pengubah utama untuk menjadi energi listrik
11. Jalur transmisi : Penyaluran energi listrik ke konsumen
Gambar 2.15 Komponen PLTD.
Pembangkit listrik tenaga diesel adalah pembangkit listrik yang
menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover). Bahan bakar
yang umum digunakan adalah minyak diesel yang biasanya disebut solar. Gas juga
P= .�. .
35 . ...[2]
di mana:
P : daya
D : tekanan efektif
v : volume langkah silinder
i : jumlah silinder
n : putaran per menit
b : 2 untuk mesin 4-langkah, 1 untuk mesin 2-langkah.
Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Diesel
Gambar 2.16 Model mesin diesel
Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi
energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan
sebutan alternator.
Generator adalah alat yang bekerja menggunakan prinsip percobaannya
faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet
digerakkan dalam kumparan maka akan terjadi perubahan fluks gaya magnet
(perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus
tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara
ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan listrik).
Syarat utama untuk dapat menghasilkan listrik, harus ada perubahan fluks
magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara mengubah fluks magnetik
adalah dengan menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan
energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar baling-baling turbin
untuk menggerakkan magnet tersebut.
Apabila suatu konduktor digerakkan memotong medan magnet maka akan
timbul beda tegangan di ujung-ujung konduktor tersebut. Tegangannya akan naik
saat mendekati medan dan turun saat menjauhi. Sehingga listrik yang timbul dalam
siklus: positif-nol-negatif-nol (AC). Generator DC membalik arah arus saat
tegangan negatif, menggunakan mekanisme cincin-belah, sehingga hasilnya jadi
siklus: positif-nol-positif-nol (DC).
Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan
murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 atm),
sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar
disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi
titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.
Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada
tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek
menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.
1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan
penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol
berputar ke bawah.
2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar
menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi
pembakaran. Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran.
3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup
yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar
dan menarik kembali torak ke bawah.
4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang
terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas
dapat keluar karena pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik
keatas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan
5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang
kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk
kembali.
2.5 Pembangkit Tenaga Angin/Bayu
Desa Si Onom Hudon 7 adalah daerah pegunungan yang merupakan
kawasan pertanian yang memiliki kecepatan dan massa angin yang cocok untuk
memutar turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.17 Kawasan pegunungan desa Si Onom Hudon 7
Komponen dari pembangkit listrik tenaga angin dapat dilihat pada gambar 2.8.
Adapun komponen-komponen dari pembangkit listrik tenaga angin adalah:
1) Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah
kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar.
2) Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor Tower (Menara):
Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun rangka besi. Karena
kencangnya angin bertambah dengan seiring dengan bertambahnya
ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga angin yang
didapat.
3) Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan
kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu
rendah atau terlalu kencang.
4) Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis
dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau
saat keadaan darurat.
5) Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar
kira-kira 30-60 rpm.
6) Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm
menjadi sekitar 1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar yang
disyaratkan untuk memutar generator listrik.
7) Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut
alternator arus bolak-balik.
8) Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada
kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal ini
dikarenakan tiupan angin yang terlalu kencang dapat merusakkannya.
9) Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke alat
pengontrol.
10)Wind vane (tebeng angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan
penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin.
11)Nacelle (rumah mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di
dalamnya berisi gearbox, poros putaran tinggi/rendah, generator, alat
pengontrol, dan alat pengereman.
12)High-speed shaft (poros putaran tinggi): Berfungsi untuk menggerakkan
generator.
13)Yaw drive (penggerak arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah angin
untuk desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang
mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan alat ini.
14)Yaw motor (motor penggerak arah): Motor listrik yang menggerakkan yaw
drive.
Gambar 2.18 Pembangit listrik tenaga angin (bayu)
Kondisi angin yang memutar turbin angin berbeda-beda dapat di lihat pada tabel
2.1 dan 2.2.
Tabel 2.2 Tingkat Kecepatan Angin 10 Meter di atas Permukaan Tanah
Kelas yang berwarna merah adalah kelas angin yang memungkinkan dikonversi
menjadi energi listrik, yaitu berada di kelas tiga 3 (tiga) sampai dengan 8 (delapan).
Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin
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 pada generator di bagian belakang turbin
fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros
generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang
akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik
tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel
jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus
listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang
memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya
akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
Secara umum tempat yang cocok untuk pemasangan turbin angin antara lain
adalah:
1. Celah antara gunung, tempat dijadikan nozzle yang mempercepat aliran
angin
2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat
angin. Daratan yang luas mempunyai potensi energi angin yang besar.
3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu darat dan laut menyebabkan angin bertiup
terus menerus.
Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang
bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar
matahari menyebabkan perbedaan massa jenis udara. Perbedaan massa jenis ini
menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan
menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan
Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin
angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak. Besarnya
energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa
jenis angin atau udara yang bergerak tersebut. Jika diformulasikan, besar energi
kinetik yang terkandung pada angin atau udara bergerak yang bermassa m dan
berkecepatan v adalah :
………[3]
Dimana:
Ek = Energi kinetic (joule)
m = massa udara (kg)
v = kecepatan angin (m/s)
Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter
kipas R adalah :
………[4]
Dimana :
P adalah daya yang dihasilkan turbin angin
R adalah radius turbin angin
Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya
sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk
mendapatkan hasil yang cukup eksak.
Potensi Angin Di Indonesia
Berdasarkan data kecepatan angin di berbagai wilayah, sumberdaya energi
angin Indonesia berkisar antara 2,5 – 5,5 m/detik pada ketinggian 24 meter di atas
permukaan tanah. Dengan kecepatan tersebut sumberdaya energi angin Indonesia
termasuk dalam kategori kecepatan angin kelas rendah hingga menengah. Secara
keseluruhan, potensi energi angin Indonesia diperkirakan mencapai 9.290 MW.
Angin di wilayah Indonesia secara umum di sebelah utara khatulistiwa bertiup dari
arah Barat Laut menuju Timur Laut. Sedangkan di sebelah selatan khatulistiwa
bertiup dari arah Barat Daya menuju Barat Laut. Kecuali di Sumatera bagian selatan
dan Jawa angin bertiup dari arah Timur menuju Tenggara.
2.6 Software HOMER
HOMER adalah singkatan dari The Hybrid Optimization Model for Electric
Renewables, salah satu perangkat lunak yang paling populer saat ini untuk
mensimulasikan kinerja sistem PLH baik dari sisi ekonomis maupun teknis.
Homer menyediakan beberapa pilihan jenis pembangkit, baik yang menggunakan
sumber energi terbarukan maupun sumber energi konvensional. Sistem hibrid yang
tergabung dengan grid atau sebagai sebuah unit sistem hibrid yang dilengkapi
media penyimpan energi atau tanpa media penyimpan energi.
Gambar 2.10 memperlihatkan tampilan sistem hibrid yang dibangun serta
hasil simulasinya. Hasil simulasi yang ditampilkan diurut berdasarkan tingkat
efisiensi operasi atau biaya satuan energi yang paling rendah. Urutan yang paling
atas adalah kombinasi sistem hibrid yang paling optimal atau yang paling rendah
biaya satuan energinya.
Gambar 2.19 Tampilan Program HOMER
Perangkat lunak HOMER mensimulasikan operasi sistem dengan
kapan seharusnya beroperasi dan berapa daya yang harus dibangkitkan. Demikian
pula jadwal pengisian atau pengosongan baterai. Selanjutnya HOMER menentukan
konfigurasi sistem terbaik dan kemudian memperkirakan biaya instalasi dan
operasi sistem selama masa operasinya seperti biaya awal, biaya penggantian
komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain.
Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem
yang mungkin, kemudian ditampilkan berurutan menurut net presents costs - NPC
atau disebut juga life cycle costs. Jika analisa sensitivitas diperlukan, HOMER akan
mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditetapkan.
Kesalahan relatif tahunan sekitar 3% dan bulanan sekitar 10%. Gambar 2.11
menunjukkan arsitektur HOMER yang terdiri atas tiga bagian utama yaitu input,
Gambar 2.20 Arsitektur Simulasi dan Optimasi HOMER
2.7 Model Ekonomi
2.7.1 Biaya sikulus hidup/Net Present Cost(NPC)
Yaitu biaya Net Total Masa Kini, merupakan keluaran ekonomi yang paling utama
untuk nilai suatu sistem pada PLH, HOMER akan mengurutkan data hasil keluaran
simulasi dan optimasi berdasar nilai NPC terendah. Total NPC dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini :
���� = � ,�, ………...[5]
CRF i, N = ++��− ………..…………[6]
Dengan :
Cann,tot : total biaya tahunan ($/tahun)
CRF : faktor penutupan modal
I : suku bunga (%)
Rproj : lama waktu suatu proyek
N : jumlah tahun
Cgen,fixed = Com,gen ,
� + Fo Ygen Cfuel, eff...[7]
Dengan :
Ccom,gen : biaya O&M ($/jam)
Crep,gen : biaya penggantian
Rgen : lifetime
Fo : koefisien generator (kW)
Cfuel,eff : harga bahan bakar
2.7.3 Syarat Batas Biaya Energi (Levelized Cost of Energy)
Levelized cost of energy (COE) didefinisikan sebagai biaya rata per kWh produksi
enegi listrik yang terpakai oleh sistem. Untuk menghitung COE, biaya produksi
energi listrik tahunan dibagi dengan total energi listrik terpakai yang diproduksi,
dengan persamaan sebagai berikut :
CO= ,
,� + , + ...[8]
Dengan :
Cann,tot : biaya total sistem tahunan ($/tahun)
Eprim,AC : beban AC utama yang terpenuhi (kWh/tahun)
Edef : beban deferrable yang terpenuhi (kWh/tahun)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Surat kabar harian Analisa 4 Januari 2016 menyatakan bahwa sampai akhir
2015 sebanyak 319 desa di Sumatera Utara belum menikmati listrik. Menurut
undang-undang ketenagalistrikan nomor 30 tahun 2009 pasal 4 ayat 3
mengamanatkan kepada Pemerintah dan Pemerintah Daerah untuk menyediakan
dana dalam pengembangan listrik pada kelompok masyarakat tidak mampu,
pembangunan sarana penyediaan tenaga listrik di daerah yang belum berkembang,
pembangunan tenaga listrik di daerah terpencil dan perbatasan serta listrik
perdesaan. Salah satu desa yang dimaksut adalah desa Si Onom Hudon 7.
Desa Si Onom Hudon 7 adalah desa terbelakang yang terletak di Kecamatan
Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara. Daerah ini
sudah lama ditempati oleh masyarakat tetapi masih sangat tertinggal dibandingkan
dengan daerah lain di Sumatera Utara. Desa Si Onom Hudon 7 memiliki potensi
pertanian yang sangat menjanjikan memiliki tanah yang subur terbukti dengan
kualitas hasil pertanian yang berasal dari daerah ini yang berkualitas walau dikelola
dengan cara tradisional. Letak desa si omom hudon 7 dapat di lihat pada gambar
Gambar 1.1 Peta letak desa Si Onom Hudon 7
Sayang masyarakat cenderung meninggalkan daerah ini karena tidak tahan dengan
ketertinggalan yang berpengaruh terhadap perekonomian mereka. Desa Si Onom
Hudon 7 ini sangat jauh di pedalaman Sumatera Utara. Kondisi desa dapat dilihat
pada Gambar 1.2 dan kondisi perumahan masyarakat dapat dilihat pada gambar 1.3.
Gambar 1.3 Kondisi salah satu rumah di Desa Si Onom Hudon 7
Penduduk di desa si onom hudon 7, 80% adalah suku batak pakpak dan 20%
suku batak toba. Hampir 95% penduduk memeluk agama Kristen. Potret penduduk
Untuk menuju daerah ini kita menempuh jarak kurang lebih 160 km dari
kota Medan. Daerah ini bukanlah daerah yang mudah ditempuh, karena selain jarak
yang jauh juga memiliki medan yang bergunung-gunung. Kondisi jalan sulit dilalui.
Dari Parlilitan kita bisa berkendara setengah perjalanan, dan setengah perjalanan
selanjutnya harus kita tempuh dengan berjalan kaki. Karena kondisi medan yang
bergunung-gunung, banyak sungai, batu, rawa yang menyebabkan daerah ini tidak
mungkin dilalui dengan berkendara.
Masalah belum adanya listrik di daerah ini akibat jarak yang terlalu jauh,
dengan beban tak seberapa menyebabkan PLN kesulitan untuk melakukan
elektrifikasi ke daerah ini. Daerah ini berpotensi untuk dibangun
pembangkit-pembangkit listrik terbarukan. Adapun potensi yang dapat dioptimalkan adalah
angin dan surya. Memiliki radiasi matahari harian dengan intensitas yang tinggi
sama seperti daerah Sumatera Utara lainya yang sangat bagus didirikan pembangkit
tenaga surya. Juga memiliki kecapatan dan massa angin yang cocok untuk memutar
turbin angin. Untuk melayani beban demikian, kita merencanakan pembangkit
listrik hibrid yang terdiri dari pembangkit tenaga angin, surya dan diesel. Untuk
mengoptimasi kinerja pembangkit hibrid ini, kita menggunakan alat bantu software
HOMER.
Studi kelayakan suatu sistem pembangkit hibrid melibatkan proses yang
rumit, disebabkan beberapa faktor penting dan saling berkaitan harus
dipertimbangkan seperti faktor teknis, ekonomi, dan lingkungan hidup. Dari segi
teknis, beberapa hal yang perlu diperhatikan misalnya jumlah dan jenis generator
konverter, beban, apakah tersambung grid atau tidak, kombinasi optimal dari
komponen sistem, kinerja sistem, kontrol, dan sebagainya.
Dari segi ekonomi desainer sistem perlu memperhitungan life cycle costs
seperti biaya awal, biaya operasional dan perawatan (O&M), biaya
decommissioning dan sebagainya. Sedangkan aspek lingkungan yang perlu
dimasukkan ke dalam pertimbangan desain antara lain emisi gas rumah kaca yang
meliputi jenis, jumlah, dan carbon content bahan bakar yang digunakan. Studi
kelayakan akan semakin rumit jika calon investor misalnya, meminta analisa
sensitifitas (sensitivity analysis) dimasukkan.
Pemodelan menggunakan program komputer adalah pilihan yang dapat
mempermudah, mempercepat, dan lebih hemat biaya. Tugas Akhir ini membahas
tentang penggunaan program HOMER untuk merancang sistem pembangkit hibrid
di sebuah desa terpencil di Provinsi Sumatera Utara bernama desa Si Onom Hudon
7, yang memanfaatkan sumber energi terbarukan lokal. Energi sinar matahari,
angin, generator diesel, konverter dan baterai digunakan untuk memberikan suplai
listrik kepada masyarakat desa setempat. Penggunaan HOMER telah membuat
proses studi kelayakan ini menjadi lebih efektif dan efisien dengan memasukkan
semua faktor di atas ke dalam desain sistem.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :
2. Bagaimana cara mengoptimasi pembangkit listrik hibrid (angin surya dan
diesel) di desa Si Onom Hudon 7?
3. Untuk mengetahui pengaruh energi terbarukan terhadap biaya
pembangunan pembangkit?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah :
1. Untuk memberikan contoh solusi kelistrikan desa tertinggal di Indonesia.
2. Untuk mengetahui kondisi paling optimal dari pembangkit hibrid yang akan
direncanakan di desa Si Onom Hudon 7.
3. Untuk mengetahui pengaruh energi terbarukan terhadap biaya
pembangunan suatu pembangkit.
1.4 Batasan Masalah
1. Pembangkit hibrid yang akan direncanakan adalah di desa Si Onom Hudon
7.
2. Pembangkit hibrid yang dibahas hanya pembangkit tenaga surya, angin, dan
diesel.
3. Analisis dan percobaan disimulasikan menggunakan software HOMER.
1.5 Manfaat Tugas Akhir
Tugas akhir ini dapat menjelaskan bagaimana cara menjawab permasalahan
akan kebutuhan energi listrik di desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan
Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara meliputi biaya,
gas yang dihasilkan. Diharapkan juga dapat menjadi contoh solusi di seluruh
TUGAS AKHIR
OPTIMASI PEMBANGKIT LISTRIK HIBRID
(DIESEL-SURYA-ANGIN) DI DESA SI ONOM HUDON 7 KECAMATAN
PARLILITAN KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN
PROVINSI SUMATERA UTARA
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1)
pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Energi Listrik
Oleh:
Juanda A M Hasugian
NIM: 110402034
