• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pemasangan Unit PLTB

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Pemasangan Unit PLTB"

Copied!
26
0
0

Teks penuh

(1)

MODUL

MK PENDALAMAN 2

TEKNIK ENERGI SURYA DAN ANGIN (2)

Program Pendidikan Profesi Guru (PPG)

Pemasangan Unit PLTB

Tim Penyusun: Dr. Bambang Trisno, MSIE Dr. I Wayan Ratnata, ST., M.Pd.

KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI DAN PENDIDIKAN TINGGI KEMENTERIANPENDIDIKAN DANKEBUDAYAAN

(2)

MODUL 3:

(3)

A. Pendahuluan

Mata kegiatan ini membahas konsep, teori, aturan, dan implementasi Pembangkit Listrik Energi Angin (Bayu) (PLTB) yang meliputi studi kelayakan potensi angin, perencanaan sistem mekanik PLTB, pemasangan unit PLTB, perencanaan dan pemasangan sistem kelistrikan PLTB seta pengoperasian PLTB.Materi dalam kegiatan ini cukup luas, karena itu peserta dituntut dapat belajar mandiri berdasarkan prinsip pembelajaran mandiri (selfregulated learning). Di akhir mata kegiatan ini, peserta diharapkan dapat mengimplementasikannya pada pembelajaran di SMK Program Keahlian Akomodasi Teknik Energi terbarukan dengan baik.

Materi dalam bahan ajar ini cukup banyak dan perlu diselesaikan dalam beberapa kali tatap muka agar dosen dapat membagi materi sesuai alokasi waktu yang ada, dosen perlu membuat perencanaan pembelajaran. Komponen perencanaan pembelajaran tersebut paling tidak mempunyai lima aspek, yaitu:

1) Perumusan tujuan pembelajaran; 2) Pemilihan dan pengorganisasian materi ajar; 3) Pemilihan model pembelajaran dan kegiatan pembelajaran; 4) Pemilihan sumber belajar/mediapembelajaran; dan 5) Penilaian hasil belajar.

B. Petunjuk Penggunaan Bahan Ajar

Agar kita berhasil dengan baik dalam mempelajari bahan ajar ini berikut beberapa petunjuk yang dapat Anda ikuti :

1. Bacalah dengan cermat bagian pendahuluan bahan ajar ini sampai anda memahami secara tuntas, untuk apa, dan bagaimana mempelajarinya.

2. Tangkaplah makna dari setiap konsep yang dibahas dalam bahan ajar ini melalui pemahamam sendiri dan tukar pikiran dengan teman anda.

3. Upayakan untuk dapat membaca sumber-sumber lain yang relevan untuk menambah wawasan Anda menjadikan perbandingan jika pembahasan dalam bahan ajar ini masih dianggap kurang.

4. Mantapkan pemahaman anda engan latihan dalam bahan ajar dan melalui kegiatan diskusi dengan mahasiswa atau dosen.

(4)

C Capaian Pembelajaran Mata Pelajaran

Setelah menempuh Program Pendidikan Profesi Guru Program (PPG) Studi Teknik Energi Terbarukan (Teknik Energi Angin ) ini peserta pelatihan diharapkan memiliki capaian pembelajaran mata pelajaran meliputi SIKAP, PENGETAHUAN DAN KETERAMPILAN: Aspek sikap yaitu bertakwa kepada Tuhan Yang Maha Esa dan mampu menunjukkan sikap religius, menjunjung tinggi nilai kemanusiaan dalam menjalankan tugas berdasarkan agama, moral, dan etika, berkontribusi dalam peningkatan mutu kehidupan bermasyarakat, berbangsa, bernegara, dan kemajuan peradaban berdasarkan Pancasila, berperan sebagai warga negara yang bangga dan cinta tanah air, memiliki Nasionalisme serta rasa tanggung jawab pada negara dan bangsa, menghargai keanekaragaman budaya, pandangan, agama, dan kepercayaan, serta pendapat atau temuan orisinal orang lain, bekerjasama dan memiliki kepekaan sosial serta kepedulian terhadap masyarakat dan lingkungan, taat hokum dan disiplin dalam kehidupan bermasyarakatdan bernegara; menginternalisasi nilai, norma, dan etika akademik, menginternalisasi nilai, norma, dan etika akademik, menunjukkan sikap bertanggung jawab atas pekerjaan dibidang keahliannya secara mandiri, menginternalisasi semangat kemandirian, kejuangan, dan kewirausahaan, menunjukkan perilaku yang sesuai dengan kode etik guru Indonesia, mempunyai ketulusan, komitmen, kesungguhanhati untuk mengembangkan sikap, nilai, dan kemampuan peserta didik dengan dilandasi oleh nilai-nilai kearifan lokal dan ahlak mulia serta memiliki motivasi untuk berbuat bagi kemaslahatan peserta didik dan masyarakat pada umumnya, dan menunjukkan sikap terpercaya (berintegritas), Tanggungjawab (responsi), profesional (profesional) sesuai dengan Kode etik dan berkepribadian Bangsa Indonesia. Aspek pengetahuan dan keterampilan yaitu memiliki pengetahuan dan ketarmpilan dalam melakukan studi kelayakan potensi angin, merencanakan sistem mekanik pembangkit listrik Energi angin (PLTB), memasang unit PLTB, merencanakan dan memasang sistem kelistrikan PLTB serta bias mengoperasikan unit PLTB.

D. Sub Capaian Pembelajaran Mata Pelajaran

Setelah mempelajarti kegiatan belajar ini diharapkan pembelajar dapat mengetahui dan memahami :

(5)

1. Memasang menara PLTB 2. Memasang unit turbin PLTB

3. Mampu memilih sistem penyimpanan energi listrik (Baterai) 4. Mampu memilih kontrol kelistrikan (Baterai)

E. Pokok-Pokok Materi

Melalui modul studi kelayakan potensi angin diharapkan peserta perkuliahan ini dapat memahami materi-materi terkait dengan.

1. Memasang menara PLTB 2. Memasang unit turbin PLTB

3. Mampu memilih sistem penyimpanan energi listrik (Baterai) 4. Mampu memilih kontrol kelistrikan (Baterai)

F. Uraian Materi Modul 3. 3. Pemasangan Unit PLTB 3.1. Pemasangan Menara PLTB

Pembuatan model pembangkit listrik energi angin yang sederhana pada dasarnya diawali dengan pembangunan menara dan secara garis besar proses kegiatannya dapat dikelompokkan menjadi tiga tahapan kegiatan pembuatan yaitu :

a. Dudukan menara b. Menara

c. Kincir angin

Bagian dudukan menara, bagian menara dan bagian kincir disatukan menjadi satu kesatuan membentuk model pembangkit listrik sederhana energi angin. Material yang digunakan sesuai dengan bahan yang ada di sekitar di antaranya kayu, bambu, kaleng bekas, aluminium angle.

3.1.1 Bagian Dudukan Menara

Bahan pendukung pembuatan pembangkit listrik sederhana energi angin terdiri atas: dudukan menara, plat penopang bagian bawah, dan screw. Dudukan menara diambil ukuran garis tengah 25 cm. Plat dibentuk sedemikian rupa seperti pada Gambar 2.12 membentuk siku

(6)

sebagai media untuk menyatukan antara dudukan menara dan menara dan dipasang dengan menggunakan screw.

3.1.2 Bagian Menara

Bahan pendukung pembuatan bagian menara digunakan aluminium angle yang dipotong dengan variasi ukuran seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.2

3.1.3 Bagian Kincir Angin

Bahan pendukung bagian kincir angin :

1) Klem, dibentuk sedemikian rupa sehingga membentuk lingkaran dengan diameter sesuai dengan dinamo DC yang disiapkan.

Gambar 3.1-1. Bagian dudukan menara PLTB (http://coretan-berkelas.blogspot.com/2016)

(7)

2) Plat dudukan kincir, dipotong membentuk siku.

3) Center kincir, terbuat dari kayu dibentuk sebagai tempat untuk dudukan blade/kincir 4) Gear pengunci kincir, sebagai media untuk menggabungkan antara center kincir dan

dinamo DC. Pemasangan center kincir dengan gear seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15.

5) Blade/kincir, dibuat sebanyak tiga buah.

6) Kabel, dinamo, dan screw , dapat diperoleh di toko yang menyediakan komponen elektronik.

3.2 Pemasangan Unit Turbin PLTB

Turbin angin, komponen yang terdiri atas baling-baling, generator listrik, ekor turbin angin yang digunakan untuk mendapatkan hembusan angin dengan mempertimbangkan kekuatan angin, kemampuan generator dan kekuatan baling-baling. Terdapat dua kelompok turbin, yaitu sumbu horizontal dan sumbu vertikal. Turbin ukuran kecil di bawah 100 kilowatt dan digunakan bersamaan dengan fotovoltaik. Sistem ini sering diistilahkan dengan sistem hybrid.

(8)

3.2.1 Baling-baling, mengubah hembusan angin menjadi energi kinetik untuk memutar generator. Kebutuhan tertentu energi kinetik yang dihasilkan baling-baling ditambahkan gear-box untuk pengaturan kecepatan putar generator listrik sesuai kebutuhan melalui controller. Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph).

3.2.2 Generator listrik, mengubah energi kinetik yang dihasilkan oleh baling-baling menjadi energi listrik. Untuk skala kecil menggunakan generator DC. Jika menggunakan aki 12 V-DC, generator diusahakan mampu menghasilkan minimal energi listrik sebesar 12 Volt.

3.2.3 Ekor turbin, berfungsi mengarahkan unit turbin angin untuk dapat selalu berhadapan dengan arah angin.

4. Perancangan Sistem Kelistrikan PLTB

Pada perencanaan sistem pembangkit energi angin, faktor yang penting adalah bagaimana menentuan jenis komponen yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan beban, lokasi dimana sistem akan ditempatkan, kondisi lingkungan serta batasan-batasan lain yang perlu diperhatikan.

Untuk menjamin agar tidak terjadi kegagalan pada sistem atau memperkecil semaksimum mungkin kegagalan sistem, maka perlu diketahui juga problema apa yang umumnya terjadi dalam perencanan suatu perencanaan sistem Energi angin ini. Selain itu, dalam perencanaan suatu sistem, tentunya diperlukan langkah-langkah apa saja harus dikerjakan untuk mencapai hasil yang diinginkan, demikian juga halnya dalam perencanaan sistem Energi angin ini. Oleh karena itu pada pembahasan perencanaan sistem Pembangkit listrik Energi angin ini, antara lain akan dikemukakan hal-hal yang berhubungan dengan Komponen-komponen dalam sistem konversi Energi angin termasuk juga penentuan kapasitasnya (dalam hal ini akan dikemukakan secara tersendiri penentuan kapasitas turbin angin dan kapasitas baterai), problema yang umum terjadi pada sistem Energi angin, langkah-langkah dalam merencanakan sistem, dan juga pembahasan secara singkat sifat atau performansi yang diperlukan untuk memilih komponen yang bersangkutan.

4.1. Masalah Umum pada sistem turbin angin

Pada umumnya terjadinya kegagalan dan problem disebabkan oleh:

(9)

1) ketidakpahaman terhadap persyaratan teknis yang diperlukan sesuai dengan kapasitas sistem;

2) disain dan pemilihan yang tidak tepat dalam menentukan komponen yang sesuai untuk sistem yang diinginkan;

3) pengabaian terhadap kode and standard listrik yang berlaku; 4) instalasi yang sembarangan;

5) pemakaian sistem proteksi yang tidak sesuai.

4.2. Disain Sistem Energi Angin

Berikut adalah langkah-langkah dalam mendisain sistem Energi angin:

1. Menentukan jenis beban dan menghitung kebutuhan energi maksimum per hari (Wh/day), dengan membuat tabel beban yang menjelaskan kebutuhan daya dan lama pemakaian tiap beban per jam per hari.

2. survei lokasi untuk menentukan kecepatan angin, arah angin, dan pola angin harian, bulanan maupun tahunan.

3. menghitung kapasitas turbin angin sesuai kebutuhan energi dan rata-rata kecepatan angin serta pola kecepatannya.

4. menghitung kapasitas baterai untuk menyimpan energi sebesar kebutuhan energi selama hari otonomi (autonomy day) dimana angin diasumsikan tidak bertiup pada hari tersebut. Autonomyday biasanya ditentukan selama 3 hari, yaitu asumsi bahwa selama 3 hari tidak ada angin.

5. memilih komponen yang lulus kualifikasi dan sesuai dengan kebutuhan sistem, seperti kontrol baterai dan inverter (jika terdapat beban AC).

6. membuat perencanaan instalasi dengan daftar (list) yang lengkap untuk peralatan (tool) dan aksesoris yang diperlukan.

4.3. Generator

Generator merupakan alat konversi energi mekanik menjadi energi listrik. Generator mengubah torsi (T) dan kecepatan putar rotor (v) yang diterimanya dari blade menjadi nilai tegangan (V) dan arus (I). Arus yang dihasilkan adalah arus bolak-balik (AC) dengan frekuensi 50/60 Hz.

(10)

4.4. Pemilihan Sistem Penyimpanan energi Listrik (Baterai)

Dalam pemilihan tipe baterai, disarankan untuk menggunakan battery Deep-discharge. Kapasitas baterai sangat tergantung pada tipe, umur, temperatur, dan kecepatan discharge baterai (rate of discharge).

Dianjurkan menggunakan tipe baterai dengan kapasitas yang mampu memberikan DOD

(DepthofDischarge) regular 40% dan dapat men-suplai energi selama 3-4 hari (autonomy

day) pada saat tidak ada matahari dengan DOD maksimum 80%.

Umur baterai sangat tergantung pada pemakaian, DOD, laju charge dan discharge, perawatan, dan instalasi hubungan series/parallel. Baterai untuk keperluan turbin angin harus dirancang mampu mencapai umur 2 s/d 5 tahun.

4.5. Baterai

Salah satu komponen dalam Sistem Pembangkit Listrik Energi Angin skala kecil adalah komponen baterai, yang merupakan jantung sistem untuk bekerja pada saat tidak ada angin. Baterai yang digunakan hampir sama dengan baterai untuk sistem Energi surya.

4.5.1. Fungsi Baterai

Baterai menyimpan energi listrik yang dihasilkan turbin, dan baterai akan mengeluarkan kembali energi listrik pada saat turbin tidak berputar dan tidak dapat lagi menghasilkan energi listrik. Pada kondisi normal baterai dipergunakan saat tidak ada angin, tetapi jika terjadi kondisi beban yang berlebih pada saat turbin berputar, baterai dapat dipergunakan menambah daya yang dihasilkan turbin angin.

4.5.2. Baterai Lead-Acid

Baterai lead-acid adalah suatu alat yang memanfaatkan reaksi kimia untuk menyimpan energi listrik. Baterai lead-acid memanfaatkan kombinasi dari pelat timah (lead) dan elektrolit asam sulfat encer (acid) untuk mengubah energi listrik menjadi energi potensial kimia dan mengubahnya kembali menjadi energi listrik. Baterai biasanya dibuat untuk keperluan tertentu yang spesifik, dalam hal ini dibedakan dari konstruksi yang dibuat untuk komponennya.

(11)

4.5.3 Baterai Lead-Acid Berdasarkan Siklus

4.5.3.1. Baterai Starting

Baterai Starting dibuat untuk memungkinkan penyalaan mesin atau starting engine.

Baterai starting memiliki banyak pelat tipis yang memungkinkan untuk melepaskan energi listrik yang besar dalam waktu yang singkat.Baterai starting tidak dapat dipaksa untuk melepaskan energi listrik terlalu besar dalam selang waktu yang panjang, karena konstruksi pelat-pelat yang tipis akan cepat rusak pada kondisi tersebut.

4.5.3.2. Baterai Deep-Cycle

Baterai Deep-Cycle dibuat dengan pelat lebih tebal yang memungkinkan untuk

melepaskan energi listrik dalam selang waktu yang panjang. Baterai deep cycle tidak dapat melepaskan energi listrik secepat dan sebesar baterai starter, tetapi baterai ini dimungkinkan untuk dapat menyalakan mesin. Semakin tebal pelat baterai semakin panjang usia baterai yang diharapkan. Berat suatu baterai merupakan salah suatu ndicator dari pelat yang digunakan dalam suatu baterai. Semakin berat suatu baterai untuk ukuran grup yang sama akan semakin tebal pelat baterai tersebut, dan semakin tahan terhadap pelepasan energi listrik secara berlebihan.

A b

Gambar 1. Tipe baterai berdasarkan siklus a) soft starter b) deep cycle (Permana, 2007)

4.5.4. Baterai Lead-Acid Berdasarkan Disain Kontener 4.5.4.1. Flooded Cell

Flooded Cell adalah disain kontener baterai, dimana elektrolit bebas tersedia dalam

(12)

bebas melalui ventilasi. Kontener baterai Flooded Deep Cycle atau Flooded Starter biasanya mempunyai penutup sel yang memungkinkan untuk menambah air aki yang hilang karena terbentuknya Hidrogen dan Oksigen pada proses charging/pengisian. Flooded Cell

dimungkinkan untuk melakukan penambahan air yang hilang karena elektrolisa. Flooded

Battery juga dikenal dengan nama Vented Cell.

4.5.4.2. Sealed Cell

Sealed Cell adalah desain kontainer yang tertutup rapat dan dilengkapi dengan sebuah

valve/ katub, yang akan terbuka jika tekanan gas hasil elektrolisa air melebihi suatu harga tekanan tertentu, untuk melepaskan gas keluar kontener. Kontener jenis ini lebih dikenal dengan VRLA (Valve Regulated Sealed Lead Acid). Kontener Baterai VRLA tidak mempunyai penutup sel, dan bekerja pada tekanan konstan 1 sampai 4 psi. Tekanan ini akan membantu mengembalikan 99% Hidrogen dan Oksigen yang terbentuk pada proses charging/pengisian untuk kembali menjadi air. Jadi pada baterai VRLA tidak memungkinkan untuk dilakukan penambahan air. Jenis VRLA yang paling umum digunakan adalah Gelled

VRLA dan AGM VRLA.

a b

Gambar 4.2-2. Baterai berdasarkan kontainer a) flooded cell b) sealed cell (Permana, 2007)

4.5.5. Sel Baterai

Sel baterai adalah komponen individu terkecil dari sebuah baterai yang terdiri dari kontener dimana di dalamnya terdapat pelat timah dan tempat elektrolit bereaksi.

(13)

4.5.6. Tegangan Sel

Tegangan sel berkisar antara 2,12 volt pada kondisi baterai penuh sampai dengan 1,75 volt pada kondisi baterai kosong. Semua baterai lead-acid beroperasi berdasarkan reaksi kimia yang sama. Pada saat baterai mengeluarkan arus listrik/discharge, komponen aktif pada elektroda (PbO2pada elektroda positif, dan Pb pada elektroda negatif) bereaksi dengan Asam

Sulfat untuk membentuk Garam Sulfat dan Air. Sedangkan pada saat pengisian listrik/charge, garam sulfat pada kedua elektroda berubah kembali menjadi PbO2 pada elektroda positif, Pb

pada elektroda negatif serta ion sulfat (SO4) kembali menjadi asam sulfat. Tegangan nominal

bateraibergantung pada jumlah sel yang dirangkai secara seri. Jadi baterai dengan tegangan nominal 12 volt tersusun secara seri dari 6 buah sel.

4.5.7. State of Charge

State of Charge (SOC) merupakan suatu ukuran seberapa penuhnya muatan listrik dalam

baterai. Hubungan antara tegangan dengan SOC sangat bergantung pada temperatur baterai. Baterai dengan temperatur rendah akan memperlihatkan tegangan yang lebih rendah pada kondisi penuh dibandingkan dengan baterai dengan temperatur lebih tinggi. Oleh karena itu beberapa regulator atau sistem charging dilengkapi dengan sensor temperatur pada sisi baterai.

4.5.8. Deep of Discharge

Deep of Discharge (DOD) merupakan suatu ukuran seberapa dalam/seberapa banyak

muatan listrik telah dilepaskan/dikeluarkan dari sebuah baterai. Jika baterai penuh atau 100% SOC, maka DOD baterai tersebut adalah 0%; sebaliknya jika baterai kosong atau 0% SOC maka DOD Baterai tersebut 100%. Semakin dalam sebuah baterai muatannya dikeluarkan secara rata-rata maka semakin pendek usia baterai dan dinyatakan dalam Cycle Life.

4.5.9. Kapasitas Baterai

Kapasitas suatu baterai dinyatakan dalam Ampere hour (Ah) atau Amper-Jam, yang merupakan suatu ukuran seberapa besar energi listrik yang dapat disimpan pada suatu tegangan nominal tertentu. Kapasitas suatu baterai bersifat aditif jika baterai dihubungkan secara paralel. Jika tiga baterai dengan tegangan 12 volt dan kapasitas 100Ah dihubungkan

secara seri, maka tegangan akan menjadi 36 volt sedangkan kapasitas tetap 100Ah (3600

(14)

secara paralel, maka tegangan akan tetap 12 volt sedangkan kapasitas menjadi 300Ah (3600 watt-hour).

(a) (b)

(c)

Gambar 2. Hubungan baterai secara (a) seri; (b) paralel; (c) seri-paralel (http://k.kabeh-ngerti.com)

Karena baterai dalam proses pengisian dan pelepasan energinya bergantung pada reaksi kimia, maka kapasitas yang tersedia (available capacity) relatif terhadap kapasitas total akan bergantung kepada seberapa cepat pengisian dan pelepasan dilakukan, dimana keduanya merupakan reaksi-reaksi kimia yang berbeda arahnya. Kapasitas total/kapasitas nominal biasanya diberi tanda C, yang merupakan ukuran seberapa besar energi yang dapat disimpan dalam baterai. Kapasitas yang tersedia biasanya lebih kecil dibanding dengan kapasitas total.

Umumnya kapasitas Amper-hour dari suatu baterai diukur pada suatu laju pengeluaran yang akan menyebabkan baterai habis/ kosong dalam 20 jam. (atau laju C/20 atau 0,05C ). Jika dilakukan pelepasan pada laju lebih besar dari C/20, akan didapatkan kapasitas tersedia yang lebih kecil dari C total. Selain laju C/20, kapasitas nominal kadang-kadang dinyatakan dalam C/10, C/100 dan lainnya, tergantung pada laju dimana baterai akan digunakan.

(15)

Gambar 4.2-4. Karakteristik baterai dalam kurva tegangan baterai vs laju discharge (http://k.kabeh-ngerti.com)

4.5.10. Siklus Baterai

Cycle atau Siklus, merupakan suatu interval yang meliputi satu perioda pengisian dan

satu perioda pelepasan. Idealnya baterai selalu diisi/charge sampai dengan 100% SOC selama perioda pengisian pada tiap siklus. Sementara baterai dihindarkan digunakan atau discharge

sampai dengan 0% SOC. Suatu baterai dengan siklus dangkal atau Shallow Cycle dirancang hanya untuk melakukan pelepasan/discharge sebesar 10-25% DODdari kapasitas total pada tiap siklusnya. Sedangkan baterai siklus dalam atau Deep-Cycle dirancang untuk dapat melakukan pelepasan/discharge sampai dengan 80% DOD dari kapasitas total pada tiap siklusnya. Usia baterai jenis deep cycle, sangat dipengaruhi besarnya DOD pada tiap siklus. Semakin besar DOD akan semakin kecil jumlah siklus yang dapat dilalui baterai tersebut.

4.5.11. Mekanisme Degradasi Baterai

Terdapat empat mekanisme degradasi/kerusakan utama yang dapat terjadi pada baterai yang dioperasikan dalam Energi angin:

1. Softening 2. Korosi grid 3. Sulfasi 4. Stratifikasi

(16)

4.5.12. Softening

Jika baterai dioperasikan dalam siklus charge-discharge yang berulang-ulang, akan terjadi variasi volum(mengembang dan menyusut) dari komponen aktif pada pelat, variasi volum ini akan menyebabkan perubahan pada sifat-sifat bahan seperti daya kohesi, distribusi kristal dan ukuran kristal. Perubahan-perubahan ini menyebabkan lemahnya ikatan antar kristal timah oksida sehingga terjadi softening atau rapuhnya komponen aktif. Konsekuensi pertama perubahan diatas adalah kehilangan kapasitas, akibat berkurangnya butiran komponen aktif yang ikut dalam reaksi kimia. Akibat yang paling ekstrim adalah jika tidak adanya ikatan lagi antara bahan komponen aktif dengan grid, sehingga komponen aktif lepas dan jatuh kedasar kontener. Proses ini dikenal juga dengan "shedding".

4.5.13. Korosi Grid

Jika baterai lead-acid dalam kondisi bertegangan tinggi (saat akhir Charge atau

Overcharge), oksigen yang terbentuk pada pelat positif cenderung untuk membentuk lapisan

oksigen di antar muka grid dengan komponen aktif, sehingga grid teroksidasi membentuk lapisan korosi (karat). Lapisan korosi yang sama juga terjadi jika baterai dibiarkan dalam keadaan rangkaian terbuka untuk waktu yang lama. Lapisan korosi bersifat resistif (tahanan) yang akan mempengaruhi penyaluran arus listrik hasil reaksi melalui grid. Konsekuensi dari adanya lapisan korosi ini diantaranya adalah, meningkatnya tahanan internal baterai, berkurangnya daya serap muatan listrik, menurunnya kapasitas baterai, serta menjadi rapuhnya grid.

4.5.14. Sulfasi

Kristal lead-sulphate terbentuk selama proses discharge dari baterai akibat reaksi antara timah dengan asam-sulfat. Jika baterai didiamkan pada keadaan SOC yang rendah, suatu proses rekristalisasi dari lead sulphate terjadi yang disebut dengan sulfasi, dan mempengaruhi karakteristik baterai. Kristal lead sulphat pada pelat positif dan negatif menjadi bertambah besar, dan cenderung memisahkan diri dari komponen aktif, sehingga sulit untuk diuraikan kembali menjadi komponen aktif dan asam sulfat saat dilakukan charging. Konsekuensi dari proses ini adalah berkurangnya kapasitas baterai karena berkurangnya komponen aktif.

(17)

4.5.15. Stratifikasi Elektrolit

Stratifikasi elektrolit dalam baterai adalah terjadinya perbedaan konsentrasi asam sulfat, karena proses pengoperasian baterai. Asam sulfat terbentuk saat baterai dalam kondisi

charging, mempunyai densitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan elektrolit secara

keseluruhan, sehingga cenderung turun ke bagian dasar baterai. Gejala ini tampak jelas pada pengoperasian deep-discharge dan recharge, namun dengan melakukan overcharging

stratifikasi ini dapat berkurang. Overcharge menghasilkan gelembung gas hidrogen dan oksigen akibat peristiwa elektrolisa air, gelembung-gelembung gas ini dapat mengaduk elektrolit sehingga konsentrasinya lebih homogen. Konsekuensi dari stratifikasi adalah hilangnya kapasitas baterai, bagian bawah dari pelat cenderung terjadi suiphasi karena kurangnya recharge.

4.5.16. Perawatan Baterai

Perawatan yang tepat akan memperpanjang usia baterai dan akan membantu dalam menjamin bahwa baterai akan memenuhi kemampuannya sesuai dengan desain yang dibutuhkan. Program perawatan baterai yang balk akan menjadi petunjuk untuk menentukan kapan baterai harus diganti. Tindakan perawatan baterai harus dilakukan oleh personil yang terlatih dan mengerti tentang baterai. Sebagian bahan yang disajikan disini berkaitan dengan baterai tips flooded ataupun non-free maintenance baterai. Tetapi sebenarnya, baterai

free-maintenance dan baterai VRLA pun memerlukan perawatan. Baterai-baterai tipe ini memang

tidak memerlukan penambahan air atau pemantauan terhadap ‘specific gravity-nya, tetapi baterai ini memerlukan pembersihan, pemantauan tegangan sel dan tegangan float total, tes kapasitas, pengukuran tahanan dalam, pembersihan dan pengencangan (torquing) baut-baut dan lain sebagainya.

Secara umum perawatan yang baik meliputi tindakan-tindakan sebagai berikut: 1) matching/penyesuaian charger dengan kebutuhan baterai;

2) menghindarkan underdischarge dan overcharge pada baterai; 3) menjaga agar elektrolit berada pada level yang tepat; 4) menjaga kebersihan baterai;

5) menghindari kondisi overheating;

(18)

Praktek pengisian/charging yang tidak sesuai paling berpengaruh kepada pendeknya usia baterai dibanding dengan penyebab kerusakan lainnya. Charging dilakukan dengan berbagai metoda, tetapi tujuan pengisian arus listrik yang berlawanan arah dengan discharging/ pelepasan adalah tetap sama.

Aspek terpenting dari charging adalah mencari kesesuaian antara charger dengan aplikasi . Ketika memilih charger perlu diketahui beberapa hal seperti, tipe baterai, cara pelepasan arus/ discharge baterai, waktu yang tersedia untuk recharge, temperatur tertinggi yang akan dialami baterai serta jumlah sel dalam baterai. Hal yang paling bijaksana adalah menanyakan kepada manufaktur tentang cara pengisian yang tepat saat baterai pertama kali dibeli. Secara umum baterai lead acid dapat dicharge dengan rate/ laju pengisian yang manapun asalkan tidak menimbulkan excessive gassing, overcharge, ataupun temperatur yang terlampau tinggi. Baterai dalam kondisi kosong, pada tahap awal dapat dicharge dengan arus yang cukup besar, namun ketika baterai sudah mendekati penuh arus pengisian harus diperkecil untuk mengurangi gassing dan overcharging.

4.6. Tahap Charging

Pada dasarnya setiap rangkaian charging terdiri dari 3-4 tahap pengisian yaitu: bulk, absorbtion, equalization dan float.

1. Bulk Charging

Tahap ini adalah dimana arus charging konstan, sementara tegangan baterai meningkat. Pada tahap ini dapat dilakukan pengisian arus yang dikehendaki asal tidak melebihi dari 20% rating kapasitas Ah baterai, sehingga tidak akan terjadi overheating.

2. AbsorptionCharging

Tahap absorption charging adalah tahap dimana tegangan charger konstan, sementara arus charging menurun sampai baterai mencapai tahap fully charged, atau penuh atau 100% SOC. Indikasi ini diketahui manakala arus pengisian turun hingga mencapai 1% dari rating kapasitas Ah. Contohnya, jika kapasitas Baterai 100 Ah maka arus pengisian akhir atau final

(19)

3. EqualizationCharging

Tahap ini adalah tahap pengisian berlebih yang terkendali (5% overcharge), dimaksudkan untuk menyeimbangkan tegangan sel dan spesific gravity di dalam baterai. Keseimbangan dapat tercapai akibat dinaikkannya tegangan pengisian sampai ke level tertentu selama beberapa saat. Ekualisasi akan memulihkan gejala-gejala kerusakan seperti stratifikasi, yaitu terkonsentrasinya asam di bagian bawah baterai, ataupun sulfasi yaitu terbentuknya kristal sulfat secara berlebihan dibagian pelat aktif.

Tahap ekualisasi ini dilakukan pada interval waktu tertentu saja dapat dilakukan sekali sebulan sampai dengan setahun sekali, setelah 10 sampai 100 deep-cycle bergantung pada rekomendasi dari pihak manufaktur baterai. Ekualisasi wajib dilakukanbila hasil pemantauan

spesific gravity sel menunjukkan perbedaan lebih dari 0,03.

4. FloatCharging

Tahap Float Charging adalah tahap pengisian dimana tegangan charging diturunkan dan dijaga konstan dalam tempo yang tak berhingga, dengan maksud menjaga agar baterai selalu dalam kondisi sehat (100% SOC).

Berikut adalah tabel yang menggambarkan panduan pengisian baterai sebagai fungsi dari kapasitasnya yang dinyatakan dalam reserve capacity. Panduan ini dapat digunakan untuk menentukan besarnya bulk charging current untuk masing-masing baterai sesuai dengan kapasitasnya.

(20)

Untuk menentukan setting tegangan bulk charging, float charging maupun equalization

charging pada kontrol pengisian baterai, tabel berikut dapat digunakan sebagai panduan.

Tabel 4.2-2. Tegangan charging berdasarkan tipe baterai (http://k.kabeh-ngerti.com)

Untuk memastikan harga-harga parameter charging sebaiknya diminta petunjuk dari pihak manufaktur merek baterai yang bersangkutan. Dengan demikian pemilihan charger untuk baterai lead-acid harus mempertimbangkan kemampuan charger dalam memenuhi parameter-parameter pengisian tersebut diatas, sehingga dapat dipenuhi kriteria perawatan baterai melalui cara pengisian yang tepat.

4.7. Pengisian Air Elektrolit (Topping Up)

Pengisian air elektrolit atau dikenal dengan Topping-Up pada baterai lead-acid hanya dilakukan untuk baterai tipe flooded. Seperti mesin memerlukan oli untuk pelumasan, baterai memerlukan penambahan air pada saat yang tepat dan dalam jumlah yang tepat pula, jika tidak unjuk kerja baterai maupun usianya akan berkurang.

Tiga hal penting dalam pengisian air pada baterai yaitu:

1) Jangan sampai pelat aktif terekspos (terbuka) terhadap udara babas, karena hal ini akan menyebabkan korosi pelat aktif.

2) Jangan mengisi air secara berlebihan sehingga terjadi overflow, sebaiknya ikuti level/batas pengisian yang tertera pada kontainer baterai. Pengisian yang berlebihan akan menyebabkan korosi pada bagian baterai lainnya.

3) Jangan menambahkan asam kedalam baterai untuk toping up atau penambahan air. Air yang digunakan hanya lah air yang tidak mengandung mineral berat..

(21)

Sebagai panduan pengisian baterai, untuk tahap awal pemakaian dianjurkan dilakukan sebulan sekali. Setelah beberapa kali pengisian akan diketahui seberapa besar konsumsi air yang dibutuhkan oleh baterai, sehingga dapat disesuaikan kembali jadwal pengisiannya.

4.8. Pemilihan kontrol Kelistrikan (Baterai)

Kontrol baterai yang digunakan harus lulus tes kualifikasi dan memenuhi persyaratan teknis dalam pemakaian untuk aplikasi turbin angin, yang meliputi:

1) Kapasitas maksimum input dan output.

2) Mempunyai tegangan batas bawah dan batas atas terhadap pemutusan baterai 3) Konsumsi diri yang sangat kecil.

4) Mempunyai proteksi hubung singkat dan beban lebih.

5) Tegangan jatuh yang kecil (<0,5V) pada sisi Generator-baterai dan pada sisi baterai– beban.

6) Mempunyai blocking diode dan sesuai dengan kapasitas maksimum.

5, Pemilihan Inverter

Fungsi inverter adalah mengubah tegangan output dc dari baterai menjadi tegangan ac, umumnya 120V atau 220V, dengan frekwensi 50 Hz dan 60 Hz. Bentuk gelombang, efisiensi, dan dan surge capability memegang peranan penting, serta berkaitan dengan biaya. Jenis inverter pada umumnya ditentukan oleh bentuk gelombang output yang dihasilkan oleh suatu inverter, yaitu:

1) Gelombang kotak (square wave)

2) Modifikasi gelombang kotak (modified square wave) atau juga disebut modified sine

wave.

3) Gelombang sinus (sine wave)

Ciri-ciri dari gelombang diatas adalah sebagaimana ditunjukkan pada gambar 28. Dari sisi kualitas inverter dengan gelombang sinus adalah yang terbaik karena sama dengan gelombang listrik PLN, bahkan pada umumnya lebih baik kualitasnya. Sehingga inverter dengan gelombang sinus dapat digunakan untuk segala keperluan seperti layaknya listrik PLN. Kelemahan inverter sinus adalah harganya yang lebih mahal.

(22)

Gambar 4.3-1. Gelombang output inverter (Permana, 2007)

Gelombang kotak atau modifikasinya pada umumnya juga sudah dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Beberapa aplikasi gelombang kotak seperti penggunaan pada printer, sebaiknya dihindarkan. Penggunaan gelombang kotak pada motor-motor listrik bisa menyebabkan suhu motor lebih tinggi bila motor yang sama dioperasikan dengan gelombang sinus. Keunggulan inverter dengan gelombang kotak adalah harganya yang lebih murah dan mudah didapat. Fungsi lain dari inverter adalah sebagai Ballast untuk lampu TL-Flourocent pada sistem DC. Umumnya tegangan output ac bervariasi antara 45 s/d 70Vac (rms), dan frekuensi>20kHz. Terminal output inverter umumnya ada yang 2, 3 atau 4 kabel. Harus diperhatikan adanya interferensi pada gelombang radio AM Broadcast. Inverter untuk keperluan ini harus lulus tes kualifikasi dan memenuhi syarat teknis sesuai pemakaiannya.

G. Rangkuman

Dalam pemasangan Unit PLTB hal vital yang perlu diperhatikan adalah tahap pemasangan dudukan kincir atau baling –baling angin , sistem turbin dengan poros generator (AC atau DC) disesuaikan dengan standar kapasitas daya yang dibutuhkan dan standar disain yang berlaku. Disain Pembangkit Listrik Sistem Energi Angin akan dipengaruhi kebutuhan jenis beban sehingga terlebih dahulu hendaknya menghitung kebutuhan energi maksimum per hari, survei lokasi, menghitung kapasitas turbin angin sesuai kebutuhan energi dan rata-rata kecepatan angin serta pola kecepatannya. Demikian halnya untuk menghitung kapasitas baterai untuk menyimpan energi sebesar kebutuhan energi selama hari otonomi (autonomy day) dimana angin diasumsikan tidak bertiup pada hari tersebut. Autonomy day biasanya ditentukan selama 3 hari, yaitu asumsi bahwa selama 3 hari tidak ada angin. Untuk kesinambungan suplai energi listrik tenaga angin dibutuhkan komponen yang lulus kualifikasi dan sesuai dengan kebutuhan sistem, seperti kontrol baterai dan inverter (jika

(23)

terdapat beban AC). Dalam membuat perencanaan instalasi PLTB disarankan untuk menggunakan battery Deep-discharge. Kapasitas baterai sangat tergantung pada tipe, umur, temperatur, dan kecepatan discharge baterai (rate of discharge). Mekanisme Degradasi Baterai terdapat empat mekanisme degradasi/kerusakan utama yang dapat terjadi pada baterai yang dioperasikan dalam PLTB yaitu ; Softening, Korosi grid, Sulfasi , Stratifikasi. Adanya perawatan yang tepat akan memperpanjang usia baterai dan akan membantu dalam menjamin bahwa baterai akan memenuhi kemampuannya sesuai dengan desain yang dibutuhkan. Untuk rangkaian charging baterai terdiri dari 3-4 tahap pengisian yaitu: bulk, absorbtion, equalization dan float. Dalam proses pembangkitan energi listrik fungsi inverter mengubah tegangan output dc dari baterai menjadi tegangan ac.

H. Asesmen CPMK

Latihan soal Modul 3.

Pilihlah jawaban yang paling benar dari soal-soal di bawah ini! 1. Model PLTB sederhana terdiri dari:

a. Dudukkan menara b. Menara

c. Kincir angin

d. Dudukan Turbin, ekor turbin dan Generator e. Tidak ada jawaban yang salah

2.Ada berapa kelompok turbin dalam I unit turbin PLTB? a. 1 kelompok .

b. 2 kelompok c. 3 Kelompok d. 4 Kelompok e. 5 kelompok

3. Jenis Baterei yang disarankan untuk penyimpanan energi listrik pada PLTB, sebaiknya: a. Deep-discharge

b. Rate of discharge c. Short-discharge d. Double-discharge e. Long life battery

4. Satu interval dalam pengisian baterei sama halnya dengan :. a. Satu perioda pengisian dan satu perioda pelepasan

(24)

b. Dua perioda pengisian dan dua perioda pelepasan c. Tiga perioda pengisian dan tiga perioda pelepasan d. Empat perioda pengisian dan empat perioda pelepasan e. Tidak ada jawaban yang benar

5. Kontrol baterai yang akan digunakan untuk suatu PLTB harus lulus tes kualifikasi dan memenuhi persyaratan teknis, terutama dalam hal :

a. Kapasitas minimum input dan output.

b. Mempunyai tegangan batas atas terhadap pemutusan baterai c. Konsumsi diri yang sangat besar.

d. Mempunyai proteksi tegangan dan beban lebih.

e. Memiliki blocking code apabila mencapai kapasitas maksimum Jawablah soal-soal di bawah ini dengan jelas dan ringkas

1. Apakah faktor-faktor yang penting dari perencanaan sistem Energi angin? 2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam mendesain sistem Energi angin? 3. Sebutkan 4 mekanisme degradasi utama yang terjadi pada baterei sistem PLTB? 4. Bagaimanakah perawatan baterei yang baik pada PLTB?

5. Sebutkan 4 tahap charging pada baterei yang digunakan PLTB?

I.Umpan balik dan tindak lanjut

1. Apakah Anda cukup jelas dengan paparan Bab 3? 2. Jika tidak, di bagian mana Anda merasa tidak jelas?

3. Bagaimanakah komentar Anda tentang Bab 3 secara keseluruhan? 4. Apa saran Anda untuk perbaikan baik fisik dan substansi Bab 3?

J. Rujukan

Hidayatullah, A.N., Ningrum, K.N.H., 2016. Optimalisasi Daya Pembangkit Listrik Energi Angin Turbin Sumbu Horizontal dengan Menggunakan Metode Maximum Power Point http://www.novyhidayat.com/2013/04/pembangkit-listrik-Energi-angin-dan.html Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30

http://mit.ilearning.me/kincir-angin-pembangkit-listrik/ Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30 http://coretan-berkelas.blogspot.com/2016/01/produk-pembangkit-listrik-sederhana.html Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30

http://antipetir.asia/external-protection-penangkal-petir/ Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30 Permana, 2007. Desain Teknologi Pembangkit Listrik Energi Bayu. Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia

(25)

Permana, 2007. Desain Teknologi Pembangkit Listrik Energi Bayu. Introduction Of Renewable Energy Lesson Modules At The Technical Schools In Indonesia

Riva Giovanni, Foppapedretti Ester , De Carolis Carla, 2012, Handbook On Renewable Energy Sources, South East Europe- European Union

http://k.kabeh-ngerti.com/kultura/626/index.html?page=5 Diakses: 5 Oktober 2017 jam 15.30 Tracker. Journal of Electrical Electronic Control and Automotive Engineering (JEECAE), Vol. 1 (1), hal. 7-12

K. Test Formatif

1. PLTB cenderung menghasilkan tegangan fluktuatif. Tegangan yang terlalu besar dapat mengakibatkan:

a. Memperbesar rugi daya pada generator b. Memperbesar arus listrik mengalir ke beban c. Menaikkan rugi-rugi jangkar generator PLTB d. Meningkatkan Beban Daya nyata

e. Hambatan listrik menjadi semakin besar

2. Pembangunan menara / tower PLTB harus kokoh dari terpaan angin. Untuk itu manara PLTB harus diperkuat dengan :

a. Kawat skur satu sisi dengan sudut 45o b. Kawat skur dua sisi 30o

c. Kawat skur tiga sisi, masing-masing 45o d. Minimal tiga kawat skur dengan sudut 400 e. Tidak perlu memasang kawat skur

3. Untuk mempertahankan kontinyuitas keberadaan energi listrik yang dihasilkan dari PLTB maka perlu dilakukan :

a. Paralel dengan jaringan listrik PLN b. Sistem hibrid dengan sumber energi lain c. Paralel dengan PLTB yang lain

d. Memperbesar kapasitas daya generator PLTB e. PLTB dipasang seri dengan suplai PLN

4. Perlengkapan hubungan bagi (panel listrik) untuk keperluan PLTB harus memenuhi persyatan keamanan dan keadalan : Apabila PLTB sekala besar menggunakan generator induksi 3 phasa, 220V, daya listrik yang yang dibangkitkan 10000 watt maka setidaknya menggunakan proteksi, MCB paling tidak sebesar :

a. 45 A b. 36 A c. 39 A d. 50 A e. 26 A

5. Kabel listrik untuk keperluan instalasi PLTB yang dipasang diluar dan akan kena paparan sinar matahari dan hujan harus menggunakan jenis kabel :

(26)

b. NYM c. NYY d. NYGBY e. NYAHY

6. PLTB menggunakan generator induksi 3 phasa 10000 W 220 volt yang mana daya listriknya dialirkan ke beban dengan panjang 50 m, setidaknya menggunakan kebel dengan luas penampang sebesar :

a. 1,5 sqmm b. 2,5 sqmm c. 3,5 sqmm d. 4 sqmm e. 6 sqmm

7. Pembangunan menara / tower pambangunan PLTB harus memperhatikan bahaya sambaran petir. Nilai resistansi (R) elektroda grounding yang benar adalah: a. Sekecil mungkin agar arus petir yang mengalir kecil

b. Besar agar arus petir yang mengalir kecil

c. Besar agar arus listrik yang mengalir besar dan tahanan grounding besar d. Sekecil mungkin agar arus petir yang mengalir besar

e. Sebanding dengan kapasitas blade dan turbin angin

8. Ketinggian memasang elektroda penangkal petir di atas menara harus memiliki sudut perlindung yang mampu memayungi sistem PLTB. Sudut perlindungan elektroda penangkal petir :

a. Lebih besar dari 56o agar terbebas sambaran petir

b. Lebih kecil dari 56o agar sambaran tidak masuk tidak mengena peralatan c. 90o agar sambaran tidak masuk tidak mengena peralatan

d. Bebas, karena pertimbangan bahan elektroda e. 180o sejajar permukaan tanah

9. Pemasangan elektroda penangkal petir di atas menara harus memenuhi ketentuan. Elektrota penangkap petir harus memiliki :

a. Permukaan tumpul agar memiliki resistansi yang kecil b. Ujung elektroda lancip agar memiliki resistansi yang besar

c. Ujung elektroda lancip terbuat dari baja agar elektro mudah mengalir ke graound d. Ujung elektroda lancip terbuat dari tembaga memiliki daya hantar arus listrik

besar

e. Tidak ada jawaban yang tepat

10.Ukuran luas penampang penghantar elektroda yang menghubungkan elektroda penangkal petir dengan elektroda grounding agar daya hantar listrik besar dibuat dari :

a. Jenis penghantar A3C agar kuat dan resistensi kecil b. Penghantar BCC agar resistansi besar

c. Penghantar ACSR agar resistansi kecil d. Penghantar BCC agar resistansinya kecil e. Penghantar campuran Almunium dan Besi.

Gambar

Gambar 3.1-2. Bagian menara PLTB (http://coretan-berkelas.blogspot.com/2016)
Gambar 3.1-3. Bagian kincir angin PLTB (http://coretan-berkelas.blogspot.com/2016)
Gambar 2. Hubungan baterai secara (a) seri; (b) paralel; (c) seri-paralel   (http://k.kabeh-ngerti.com)
Gambar 4.2-4. Karakteristik baterai dalam kurva tegangan baterai vs laju discharge  (http://k.kabeh-ngerti.com)
+4

Referensi

Dokumen terkait

Selanjutnya diberikan definisi fungsi semikontinu, yang akan digunakan dalam mendefinisikan kelas

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan pada Pra Siklus, Siklus I dan Siklus II, maka penelitian tentang peran orang tua dalam perkembangan bahasa

Untuk memaksimakan profit anda boleh gunakan TS, move SL (lock profit) atau at least move SL at breakeven kerana apa2 saja boleh berlaku pada market. Di sebabkan kita TRADE with

Dari hasil penelitian pada pasien preeklampsia rawat inap RSU PKU Muhammadiyah Delanggu periode 2009-2010 ntihipertensi yang paling banyak digunakan untuk terapi preeklampsia

Penelitian terdahulu berikutnya dilakukan oleh Laily Maulidiah dengan judul “Strategi Guru PAI dalam Pengembangan Pembelajaran Pendidikan Agama Islam di SMA Negeri 1 Puri

Menyatakan bahwa “Skripsi” yang saya buat untuk memenuhi persyaratan kelulusan pada Jurusan Akuntansi Fakultas Ekonomi Universitas Islam Negeri UIN Maulana Malik Ibrahim Malang,

Pemilihan metode ini dilakukan karena luas DAS yang diteliti kurang dari 100 km 2 serta data-data parameter DAS yang tersedia sangat terbatas, sehingga dengan