i
PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK
JOGJAKARTA SEBAGAI SUMBER ENERGI
LISTRIK
oleh
Ferdinandus Yongky Nugroho NIM : 612006007
Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
ii
PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK JOGJAKARTA SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK
oleh
Ferdinandus Yongky Nugroho NIM : 612006007
Skripsi ini telah diterima dan disahkan Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Disahkan oleh
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Lukas B. Setyawan M.Sc. Ir. F. DaluSetiaji, M.T.
iii
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : Ferdinandus Yongky Nugroho
NIM : 612006007
JUDUL SKRIPSI : PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK
JOGJAKARTA SEBAGAI SUMBER ENERGI
LISTRIK
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan di unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga, 10 Januari 2014
iv
INTISARI
Alat ini dibuat karena dapat kita lihat angin merupakan sumber energi yang tak ada habisnya dan energi angin sangat minim sekali dimanfaatkan. Pemanfaatan system konversi energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsip sifatnya yang terbarukan.
Minimal kecepatan angin yang dibutuhkan turbin untuk menghasilkan listrik adalah 20 km/jam. Listrik yang dihasilkan generator AC berupa tegangan arus bolak balik maka dibutuhkan penyearah untuk bisa mendapatkan berupa tegangan DC yang nantinya diolah di bagian DC-DC converter. DC-DC converter yang digunakan adalah buck converter yang diharapkan outputnya sebesar 15V dengan arus maksimum 1A. Keluaran tegangan yang dihasilkan DC converter digunakan untuk mengisi baterai 12V/5Ah. Display digunakan untuk menampilkan kapasitas baterai dan indikator adanya pengisian yang terjadi pada baterai.
Modul DC-DC converter yang dibuat mempunyai efisiensi 79,75%. Pada pengujian alat baterai yang digunakan sebesar 5Ah, sedangkan pengisian yang terjadi pada alat ini hanya sebesar 4,78 Ah dalam waktu 10,5 jam. Jadi pengisian pada baterai hanya 95,6% yang terisi. Hal ini bisa diatasi dengan penambahan waktu pengisian. Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian baterai 5Ah dengan rata-rata arus 0,45489A selama 11 jam. Jadi jika turbin dapat bekerja secara optimal selama 11 jam, maka baterai 5Ah yang mulanya kosong akan terisi penuh.
v
ABSTRACT
This tool is made because we can see the wind is a source of endless energy and wind energy used is very minimal . Utilization of wind energy conversion system will have a positive impact on the environment . The main advantage of the use of wind power in principle renewable nature .
Required a minimum wind speed turbines to generate electricity is 20 km / hour . AC generators of electricity generated in the form of alternating current voltage rectifier is needed to be able to get a DC voltage that will be processed at the DC - DC converter . DC - DC converter buck converter used is the expected output of 15V with a maximum current of 1A . The resulting output voltage DC converter is used to charge the battery 12V/5Ah . Display is used to display the battery capacity and charging indicator that occurs in the battery .
Module DC - DC converter that has an efficiency of 79.75 % was made . In testing tool used for 5Ah battery , while charging that occurs in this tool is only of 4.78 Ah in 10.5 hours . So charging the battery only 95.6 % are filled. This can be overcome with the addition of the charging time . The time required for charging 5Ah batteries with an average flow of 0.45489 A for 11 hours . So if the turbine can work optimally for 11 hours , then the initially empty 5Ah battery will be fully charged .
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas akal budi, kesehatan, rejeki, dan kesabaran dalam menyelesaikan tugas akhir saya yang berupa perancangan dan penulisan dimana skripsi ini merupakan syarat untuk menyelesaikan kuliah saya dengan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknuk Elektro dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini, tidak lupa juga saya ucapkan terimakasih kepada berbagai pihak antara lain :
1. Mami yuni Herwanto yang memberi dukungan baik melalui doa, semangat, kepercayaan dan biaya-biaya yang dibutuhkan. Terimakasih juga buat kesabarannya hingga akhirnya saya LULUS. Dan untuk Alm papi saya, semoga dengan kelulusan saya, papi bisa lebih tenang di sana. Miss u pi...
2. Pak Lukas dan Pak Dalu selaku pembimbing saya yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing saya dalam perancangan dan penulisan skripsi ini. Saran-saran pada bimbingannya yang membuat saya bisa sampai menyelesaikan skripsi ini. Sekali lagi saya ucapkan Terimakasih. 3. Om-om dan Tante-Tante yang telah bantu support saya yang tidak bisa
saya sebutkan satu persatu. Tapi secara khusus saya ucapkan kepada alm Miwak, terimakasih Miwak, tanpa adanya miwak mungkin saya tidak bisa dapat gelar ini.
4. Ci Wik, Ko Dik, Ko Oki, Ci Ima, Mbak Ning, Kak Indah,Ko Ruddi,dan ponakan-ponakanku terimakasih atas dukunganya. Adekmu dan ommu ini emank nakal tapi kalian sabar dalam menghadapinya. Terimakasih, saya bangga punya saudara kalian. Thankssssss.
vii
6. Kepada TU fakultas Elektro Mba Rista, vera, dan Dita yang selama ini sudah saya repotkan dan ganggu, terimakasih yaaaa...
7. Agynta (Honey) dan Occha thanks ya buat dukungan, cerewetnya, marah-marahnya. Kalian juga berperan penting dalam kuliah saya. Jangan bosen buat beri masukan dan semangat. Akhirnya Yongky lulus Gynn...sudah waktunya untuk melangkah dan mencapai apa yang belum tercapai...GBU 8. Teman-teman Q-Cutee modified, Raka, Diantika, Mas Amrita, Mbombot, Hafid, terimakasih untuk bantuan-bantuan dan dukungannya dalam tugas akhir kuliah saya.
9. Teman-teman seperjuangan angkatan 2006, Octavianus Elpetizo, novie, budi, yebe, bonus, ario, angling, Chandra, sahat, retsky, andibutar, dion, ranjit, ari, samudra, paskalis, budikong, penda, yoyo, danus, dan semuanya semoga setelah lulus bisa makin sukses, berguna untuk nusa bangsa dan tentunya istri masing-masing hehe.
10.FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya lambangnya lambangnya sandal jepit sandal jepit FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya sampai tua tua FTE jaya FTE jaya FTE jaya FTE jaya sentosa FTE jaya FTE jaya FTE jaya slamanya..
Saya berharap tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca sekalian. Saya menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, sehingga saya mengharap kritik dan saran dari pembaca sekalian yang dapat berguna untuk kemajuan kita bersama.
Salatiga, 10 januari 2014
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ... iii
HALAMAN INTISARI ... iv
2.1.1 Turbin angin sumbu horizontal ... 4
2.1.2 Turbin angin sumbu vertikal ... 6
2.2. Generator ... 8
2.2.1 Generator 1 fasa ... 8
2.2.2 Generator 3 fasa ... 9
2.3. DC to DC Converter ... 10
2.3.1 Step-Down (Buck) Converter ... 10
2.3.2 Step-Up (Boost) Converter ... 12
2.3.3 Buck-Boost Converter ... 12
ix
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ... 16
3.1. Cara Kerja Alat ... 17
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ... 17
3.2.1. Modul konversi energi mekanik ke energi listrik ... 17
3.2.2. Modul penyearah tegangan ... 21
3.2.3. Modul DC-DC converter (buck converter)... 23
3.2.4. Modul Display ... 26
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ... 28
4.1. Pengujian Modul Penyearah Tegangan ... 28
4.2. Pengujian Modul DC-DC Converter (buck converter) ... 34
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 45
5.1. Kesimpulan ... 45
5.2. Saran ... 45
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Turbin Angin Sumbu Horizontal Dan Turbin Angin Sumbu Vertikal 4
Gambar 2.2. Generator ... 8
Gambar 2.3. Diagram Generator AC Satu fasa Dua Kutub. ... 9
Gambar 2.4. Gelombang 3 Fasa. ... 9
Gambar 2.5. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub. ... 9
Gambar 2.6. Topologi Buck. ... 11
Gambar 2.7. Konverter Boost. ... 12
Gambar 2.8. Penyearah Dengan Faktor Daya Satu. ... 12
Gambar 2.9. Konverter Buck-Boost. ... 13
Gambar 2.10. Konverter Flyback. ... 13
Gambar 2.11. Pin ATMega8535. ... 15
Gambar 3.1. Blok Diagram Alat Keseluruhan ... 16
Gambar 3.2. Konversi Energi Angin Berdasarkan Hukum Betz ... 18
Gambar 3.3. Turbin Horizontal dan Vertikal ... 18
Gambar 3.4. Perancangan Turbin Angin Sumbu Vertikal yang Dibuat ... 19
Gambar 3.5. Perancangan Sudu ... 20
Gambar 3.6. Perancangan Pully Beserta Vanbelt ... 20
Gambar 3.7. Rangkaian Penyearah Penuh ... 21
Gambar 3.8. Rangkaian Penyearah Penuh Dengan Kapasitor ... 22
Gambar 3.9. Rangkaian Buck Converter Menurut Datasheet ... 23
Gambar 3.10. Grafik Penentuan Kode Induktor Berdasarkan Datasheet ... 24
Gambar 3.11. Rangkaian Buck Converter yang Dibuat ... 26
Gambar 3.12. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 26
Gambar 4.1. Gambar Turbin yang Dibuat Saat Pengujian Di Sundak Jogjakarta .... 28
Gambar 4.2. Gambar Anemometer yang Dipakai ... 29
Gambar 4.3. Gambar Spedometer yang Dipakai ... 29
Gambar 4.4. Grafik Tegangan Terhadap Kecepatan Turbin ... 31
xi
Gambar 4.7. Grafik Kecepatan Angin dan Kecepatan Turbin Terhadap Waktu pada Tanggal 3 januari 2014 ... 38 Gambar 4.8. Grafik Kecepatan Angin dan Kecepatan Turbin Terhadap Waktu
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tabel Nilai Induktor Berdasarkan Datasheet ... 25
Tabel 3.2. Tabel Penentuan Dioda Schottky Berdasarkan Datasheet ... 25
Tabel 4.1. Tabel Pengukuran Generator Tanpa Beban ... 30
Tabel 4.2. Tabel Pengukuran Generator Tanpa Beban Dengan Kecepatan turbin Dalam Satuan RPM ... 31
Tabel 4.3. Tabel Pengukuran Generator Dengan Variasi Beban ... 32
Tabel 4.4. Tabel Hasil Pengujian Alat Di Sundak Jogjakarta ... 34
Tabel 4.5. Tabel Pengujian Efisiensi Modul Buck Converter ... 40
